df100a短波發(fā)射機(jī)功率模塊igbt擊穿對(duì)信比的影響

1、<p>　　DF100A短波發(fā)射機(jī)功率模塊IGBT擊穿對(duì)信比的影響</p><p><b>　　1 引言 </b></p><p>　　在DF100A PSM發(fā)射機(jī)運(yùn)行中，48個(gè)功率模塊輸出電壓為高末電子管提供屏壓，在工作中經(jīng)常會(huì)遇到有模塊IGBT（雙極性絕緣柵）擊穿的現(xiàn)象，如果在工作中如果沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將造成發(fā)射機(jī)的信噪比指標(biāo)下降，收聽有雜音。在設(shè)備維護(hù)中

2、，如何發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象并解決指標(biāo)下降問題，對(duì)發(fā)射機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行有著十分重要的意義。 </p><p>　　2 功率模塊及其控制板的工作原理概述 </p><p>　　每一塊模塊主要由三部分電路組成，即：一套三相全波整流器及其濾波器：主要由一只絕緣門雙極晶體管（IGBT）組成的電子開關(guān)；當(dāng)電子開關(guān)關(guān)斷時(shí)旁路負(fù)載電流，即用于空轉(zhuǎn)的反相二極管。 </p><p>　　2.1 電

3、子開關(guān)IGBT的主要組成 </p><p>　　700V直流輸出電壓的正極受控于電子開關(guān)，它主要由絕緣門雙極晶體管Q1組成，Q1的第一個(gè)晶體管鄰近于電源，稱為AC管即保護(hù)管，第二個(gè)晶體管鄰近于負(fù)載又稱DC管即開關(guān)管。兩管的控制信號(hào)分別輸入到各自的門極和發(fā)射極之間，與每路控制信號(hào)輸入端相并聯(lián)的還有：負(fù)載電阻10KΩ、反向信號(hào)削波二極管和正向信號(hào)箝位二極管各一只。 </p><p>　　2.2

4、.1 開關(guān)管控制原理 </p><p>　　每個(gè)功率模塊上都附有一個(gè)功率開關(guān)控制板，用它來控制保護(hù)管和開關(guān)管，由于功率開關(guān)模塊及其控制器都懸浮于高電位，所以它同低電位處的控制信號(hào)依靠?jī)蓷l高絕緣的光纜相聯(lián)系。其中，一條光纜用于接收來自循環(huán)調(diào)制器的合或斷開關(guān)管的指令信號(hào)；另一條光纜用于傳遞本塊功率開關(guān)是否工作正常的信息。 </p><p>　　開關(guān)管的控制信號(hào)經(jīng)圖1所示電路引入它的門極，當(dāng)某個(gè)

5、PSM開關(guān)的合閘信號(hào)由電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)時(shí)，它通過光纜傳送到一個(gè)對(duì)號(hào)的光電管，即圖1的U8。U8受光導(dǎo)通并輸出低電平。其后的與非門U11B有一輸入端固定為高電平，它和來自U8的低電平相“與”而又倒相后為1信號(hào)。這個(gè)1信號(hào)輸入到與非門U11D的一端，它的另一個(gè)輸出端在過載鎳絲保護(hù)不起作用時(shí)也是1信號(hào)，故其輸出為0信號(hào)。再經(jīng)非門U12為1信號(hào)、即高電平，所以開關(guān)管門極得高電平觸發(fā)而導(dǎo)通。這相當(dāng)于同U8對(duì)號(hào)的PSM開關(guān)被合上，反之，當(dāng)上述PS

6、M開關(guān)受拉閘信號(hào)控制時(shí)，U8沒有光輸入，相應(yīng)開關(guān)管的門極輸入為低電平，即對(duì)號(hào)的PSM開關(guān)被拉開。 </p><p>　　當(dāng)過載電流達(dá)到整定值時(shí)，鎳絲兩端的電壓降上升到0.75V，使光電耦合器U14二極管發(fā)光，并促使它的三極管飽和導(dǎo)電。這樣，U14的三極管集電極就由截止時(shí)的高電平翻轉(zhuǎn)為飽和導(dǎo)電時(shí)的低電平，去對(duì)定時(shí)器U10的8號(hào)端觸發(fā)，從而使它的9號(hào)段輸出高電平，經(jīng)三級(jí)非門轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖捷敵觯蚨箤?duì)應(yīng)的開關(guān)管拉開，防

7、范了過載事故。U10輸出高電平的延時(shí)t=1.1R24C26=1.1×47×103×10×10-6 =517ms。 </p><p>　　2.2.2 保護(hù)管控制原理 </p><p>　　保護(hù)管的控制電源來自1號(hào)輔助整流器，其輸出電壓為12V，相應(yīng)的正、負(fù)端分別標(biāo)示為12VA和A。其中的A端與對(duì)號(hào)PSM開關(guān)保護(hù)管的輸出端，即該管的發(fā)射極相連。保護(hù)管的控

8、制信號(hào)電路如圖1所示。在圖1中，U2的同相輸入端由12VA經(jīng)1：2分壓器的6V，其反相輸入端由12VA經(jīng)1kΩ電阻和穩(wěn)壓管引取5.1V（<6V），故正常輸出應(yīng)為高電平。啟動(dòng)時(shí)，因?yàn)?.1uF電容器有一個(gè)充電的過程，所以U2的輸出由低電平轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖揭?jīng)歷一定的的延時(shí)。根據(jù)有關(guān)電路的充電微分方程可以解得電容器上的暫態(tài)電壓為：Uc=Ri≥5.1V這說明U2的輸出在合電后0.095ms才由低電平變?yōu)楦唠娖健＿@個(gè)充電電路的主要作用是：當(dāng)外

9、電瞬時(shí)降低時(shí)，依靠0.1uF電容的儲(chǔ)能，可以防止U2立即輸出低電平而拉開保護(hù)管。 </p><p>　　圖1中的U9、Q1和U7組成同步檢測(cè)保護(hù)電路，在正常情況下，U7的二極管不發(fā)光、三極管不導(dǎo)電，故對(duì)U2的輸出電平無影響。圖中的U4是4093B型三與非門集成塊中的兩個(gè)與非門，并由兩者組成基本R-S觸發(fā)器。其中有引出線的輸出端為Q，單純反饋并不引出的輸出端是Q（―），與Q對(duì)應(yīng)的輸入端是S（―）d，與Q（―）對(duì)應(yīng)的

10、輸入端是R（―）d。當(dāng)S（―）d =R（―）d =1時(shí)，Qn+1=Qn，即輸出是0還是1取決于原有的狀態(tài)。然而由于在R（―）d端的降壓電阻前還接有100KΩ和10uF的充電電路，所以另有特點(diǎn)，啟動(dòng)時(shí)U2經(jīng)過0.095ms輸出高電平，即S（―）d =1。R（―）d要經(jīng)過一定的充電時(shí)間才能建立高電平，而且阻容串聯(lián)電路在外施電壓E作用下的充電電壓為：Uc=E*（1-e-）式中：E=12v，R=100KΩ，C=10mF；若以U2同相端經(jīng)過充電達(dá)

11、到51.V的時(shí)間t=0.095ms代入上式，可算得uc=0.0001V。此電壓很小，相當(dāng)于電平為R（―）d =0。根據(jù)S（―）d =1、R（―）d =0得Q=0.此邏輯電平經(jīng)一級(jí)非門轉(zhuǎn)變?yōu)?信號(hào)輸入到保護(hù)管門極，從而使保護(hù)管開通。當(dāng)R（―）d輸入電</p><p>　　3 IGBT擊穿對(duì)發(fā)射機(jī)指標(biāo)的影響 </p><p>　　在發(fā)射機(jī)運(yùn)行中，當(dāng)功率模塊的IGBT擊穿后，加高壓功率降至零時(shí)會(huì)

12、出現(xiàn)高末屏壓表有500V的靜態(tài)電壓，該模塊的輸出指示燈DS2一直亮。也就是說只要一加高壓，故障模塊的IGBT已經(jīng)不受光信號(hào)的控制，整流輸出電壓直接加到高末電子管屏極。在滿功率時(shí)測(cè)試發(fā)射機(jī)雜音指標(biāo)，測(cè)試值為-34dB左右，雜音指標(biāo)變差。 </p><p>　　正常工作時(shí)，功率開關(guān)模塊上的IGBT的開關(guān)管被擊穿時(shí)，功率開關(guān)控制小板的失步保護(hù)電路檢測(cè)開關(guān)管已被擊穿，會(huì)斷開保護(hù)管，保護(hù)管被切斷后，本板的外電檢測(cè)電路不再發(fā)

13、出37KHz信號(hào)通知本機(jī)的開關(guān)狀態(tài)板。開關(guān)狀態(tài)板對(duì)應(yīng)電路不動(dòng)作，開關(guān)狀態(tài)板對(duì)應(yīng)模塊工作狀態(tài)指示燈滅，循環(huán)調(diào)制器就會(huì)自動(dòng)將這一個(gè)功率開關(guān)跳過，此功率開關(guān)從高壓供電系統(tǒng)中脫開。發(fā)射機(jī)正常工作，而當(dāng)功率開關(guān)模塊的IGBT的開關(guān)管和保護(hù)管均已被擊穿的情況，失步保護(hù)電路試圖斷開保護(hù)管，而保護(hù)管也被擊穿，無法斷開，本板的外電檢測(cè)電路依然發(fā)出信號(hào)。通知開關(guān)狀態(tài)板；此功率開關(guān)模塊在正常工作，開關(guān)狀態(tài)板對(duì)應(yīng)模塊工作狀態(tài)指示燈亮著。循環(huán)調(diào)制器依然按“先合先

14、斷，先斷先合”的原則讓這個(gè)功率開關(guān)循環(huán)通斷。功率開關(guān)控制器控制功率開關(guān)合上時(shí)，IGBT的開關(guān)管和保護(hù)管均已被擊穿，這個(gè)功率開關(guān)輸出電壓，而當(dāng)功率開關(guān)控制器控制功率開關(guān)斷開時(shí)，由于IGBT的開關(guān)管和保護(hù)管均已被擊穿，無法斷開，此功率開關(guān)繼續(xù)供電，此時(shí)PSM調(diào)制器輸出的高壓比正常時(shí)多出了一個(gè)功率開關(guān)模塊電壓（約680V），形成一個(gè)方波的噪聲，PSM系統(tǒng)用于PDM補(bǔ)償?shù)娜遣ㄐ盘?hào)頻率fc‘約為70KHz～</p><p&g

15、t;　　這個(gè)噪聲是因?yàn)?.5KHz～2.5KHz的頻率上多合上一個(gè)功率開關(guān)，所以產(chǎn)生的噪聲是一個(gè)1.5KHz～2.5KHz的方波，PSM系統(tǒng)的鎮(zhèn)噪板按“靜態(tài)使用，動(dòng)態(tài)停用”的原則工作，在無調(diào)制信號(hào)時(shí)（靜態(tài)），由于射頻信號(hào)通過包絡(luò)檢波器和雙向限幅器取得音頻噪音分量，經(jīng)反向后加入音頻調(diào)制信號(hào)中，用來抵消原有噪音，來改善整機(jī)的雜音電平，這個(gè)由于功率開關(guān)模塊擊穿產(chǎn)生的方波噪音信號(hào)的平直階段。就可以應(yīng)用PSM系統(tǒng)的鎮(zhèn)噪器，在方波的開始上升及下降階

16、段，當(dāng)鎮(zhèn)噪器還沒有停用時(shí)，在音頻通路板中就已經(jīng)增加了反向檢波信號(hào)。在此基礎(chǔ)上就可以得到正常工作狀態(tài)的方波。 </p><p><b>　　4 結(jié)束語 </b></p><p>　　DF100A型短波發(fā)射機(jī)在運(yùn)行一段時(shí)間后，模塊上的IGBT擊穿就會(huì)影響到發(fā)射機(jī)的信噪比，導(dǎo)致發(fā)射機(jī)播出質(zhì)量差。因此要加強(qiáng)發(fā)射機(jī)的維護(hù)及管理，借助一些細(xì)微變化，找出可能的故障并及時(shí)消除，確保發(fā)