电视发射机液冷系统原理剖析

【摘 要】本文以意大利优康公司ETL1W590TAVE 10kW电视发射机液冷系统为例，简要介绍电视发射机液冷系统的原理、功能和控制，为国产发射机在液冷系统的设计和思考提供一些借鉴和参考。

【关键词】发射机；LDMOS；液冷；稳定性；寿命

0 综述

电视发射机的冷却效率，一直以来都被认为是影响发射机运行稳定性指标的一个主要因素。液冷方式与传统的风冷方式相比，具有高可靠性和强冷却效果。从观念上讲，采用液冷技术还体现了节能环保的思维理念。它不但有利于降低设备噪声、减少能耗、提高热源的散热效率，同时也成倍地增加了LDMOS射频功率晶体管的使用寿命。液冷技术在很大程度上提高了发射机的稳定性，大大降低发射机的故障率。

意大利优康公司生产的ETL1W590TAVE液冷10kW米波Ⅲ波段电视发射机，非常适应模拟电视发射机向数字电视发射机过渡的要求。该发射机既可工作在数字电视DTV模式、也可工作在模拟电视ATV模式。我们只需通过控制面板上的切换按键，将模拟切换到数字工作方式，再通过数字激励器简单的软硬件升级，就可将发射机模拟工作模拟转换为所需的数字工作模式。而其中关键技术之一就是要具备一套高效率的发射机冷却系统。

1 发射机功率放大器

发射机主要由隔离电源变压器和配电分配器的机柜、双激励器、功率分配器、功率放大器、功率合成器、带通滤波器、中央控制单元和液冷系统组成。对于ETL1W590TAVE发射机，其功率放大器采用LDMOS FET技术，提供高线性、高增益、高可靠性的AB类宽带单通道放大，它是发射机系统中的最大热源体。它采用液冷系统对功率放大器的8×1.4KWps功放单元进行散热冷却和温度调节，经功率放大器放大的信号通过功率合成器得到10KW额定输出功率，对于数字发射机，其额定功率是发射机的同步顶功率，而模拟发射机额定功率是发射机的平均功率，可见数字发射机对功放输出的要求更高。功率放大器内部逻辑控制保护电路和微处理器负责监控4个开关电源和每个LDMOS放大管的工作状态，包括电流、电压、温度、入射功率、反射功率等，以及功放管温度和冷却液的出/入温度。

2 液冷系统

液冷系统包括了每个1.5KW功放模块中的液冷散热板、吸收负载液冷散热板、两组水泵、水泵柜、热交换器、循环水过滤器、温度传感器和流量传感器等部件，冷却系统控制单元与中央控制单元进行通讯。

2.1 冷却系统采用全封闭式设计，冷却液采用Nofrost N30 N型防冻剂（主要成分为乙二醇、防腐蚀和防结垢物质） 和软化水的混合液（Antifrogen N Clariant 30%），它能够在发射机室外温度低于-20℃时正常工作。对于有8个液冷散热板的系统，典型的冷却液流速设定为50lt/min。

2.2 冷却液经蛇形冷却管道循环，通过功率晶体管和开关电源相接的散热板对每个1.5KW功率放大器进行冷却，使功放管缘体温差小于15℃，并保证每个功率放大器的冷却液出/入口温差≤4.3℃，从而使功率放大器有源器件的温度迅速降低，延长系统使用寿命。

2.3 泵单元设计中使用了两个串联水泵可大大增加冗余量，冷却系统可根据设定的工作模式进行单独工作或同时工作，每一个单水泵可连接另一水泵旁路进行工作。当某一个水泵出现故障时，无须停机就可对故障水泵进行更换而不影响整个冷却系统的正常工作。

2.4 液冷系统中配有一个三通冷热混合阀，此阀内部采用了对温度敏感的可热胀冷缩材料。根据冷却液温度来控制流向阀，自动控制冷却液的流向和流量。一般情况温度高的冷却液流向外部热交换器散热。当温度在设定温度范围（本机控制温度设置在20℃±2℃）时，一部分冷却液通过三通冷热混合阀直接流回发射机，主要在“室内”循环，而很少部分通过外部热交换器散热，在非常冷的室外温度环境下这种冷却方式对发射机特别有利。

2.5 液冷控制单元可设定手动或自动模式，对液冷系统中的水泵和热交换器风机进行控制，同时监测整个液冷系统的详细运行状态信息（包括流量、压力、温度等）。

3 发射机中央控制单元

中央控制单元用在双激励器发射机系统中，来监测和控制激励器、所有放大器和液冷系统的参数（冷却液入/出温度），并监测整机的输出功率和反射功率，并提供RS232串行口和RS485串行口作为远程控制监控接口，使用超级终端软件在现场及时查看发射机运行状态。

中央控制单元为双路供电，在遭遇突然停电而恢复后，控制单元将可使发射机自主恢复其在停电之前的状态下工作。在中央控制单元断电的情况下，发射机将继续在半自动状态下安全运行，使发射机可照常工作，也可对激励器和功率放大器做相关按键设置，使各功能模块独立于中央控制单元运行。

4 整机连锁控制原理

中央控制单元开机启动后，首先送出使能（Enable）信号到冷控制单元，冷控制单元收到后，启动液冷自动控制过程。待工作正常后，马上送回准备好（READY）信号至中央控制单元，如中央控制单元没收到从液冷控制单元来的READY信号，发射机进入警告状态，仍继续工作。

5 结束语

近几年来，国内有不少发射机厂家都在不断探索和研究液冷发射机，但在应用技术方面，特别是在液体密封技术、冷效率等难题上一直都没有大的突破，在功率器件的使用上也滞后于国外很多年，使得国内发射机的稳定性难以满足用户要求。

ETL1W590TAVE液冷10kW米波Ⅲ波段电视发射机激励器为模拟电视/数字电视双模式激励器，冷方式采用了全密闭液冷系统，功率放大器采用LDMOS FET技术，配备了性能超群的中央控制单元和ALC控制技术等等，它不但降低了噪声、减少了能耗、节能环保、提高了散热效率，还成倍地提高了LDMOS射频功率晶体管的使用寿命，使发射机的稳定性大幅度地提高，从而降低了发射机的故障率。对于要引进整个设备并成功应用来说，现阶段的价格的确比较昂贵，但其高可靠性和良好的冷效果是被业内认同的。希望本文对液冷发射机相关技术的研究和探讨有一定的参考借鉴作用。

[责任编辑：刘帅]

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