DAM50发射机大规模烧模块故障分析与处理

摘 要：本文根据哈广DAM50发射机安装调试中出现的大规模随机烧模块现象，对功放模块以及场效应管工作原理进行分析，根据场效应管故障类型和原因排除故障，总结维护经验，以供同行参考。

关键词：DAM；功放模块；过压击穿

中图分类号：TN931 文献标识码：A

1 背景

我台2012年安装了两台哈尔滨广播器材有限责任公司生产的的DAM50kW全固态中波发射机（以下简称DAM50发射机），安装试机过程中出现过几次大规模射频功率放大模块（以下简称功放模块）随机发生故障的现象（以下简称烧模块），动辄十几块功放模块故障。经过认真分析检查试验，排除了各种常规故障原因，维修了一个少见故障，积累了DAM50发射机维护的经验。

2 DAM50发射机工作原理

DAM50发射机，采用了直接数字频率合成、循环调制和数字调幅等技术。简单地说，DAM50发射机将音频信号量化编码，然后通过调制编码器的数字输出信号来控制各个功放模块的开通和关闭，所有的功放模块通过次级串联的合成变压器进行功率合成，并通过带通滤波器去除不需要的谐波分量，得到射频已调波信号并通过天馈系统发射出去。

DAM50发射机中，存在音频和射频两个链路：音频链路中，将音频信号与载波电平相加并转化成控制模块开通关闭的信号；射频链路中，TTL电平的载频通过多级放大到60V左右并分配到一百多个功放模块中，功放模块在放大后的载频驱动下开通和关闭，特定数量的模块开通并通过功率合成完成低压到高压，基带到调制的转变。一百多个模块替代了原来的大功率電子管，冗余度高，个别功放模块故障也不影响播出。

功放模块是DAM50发射机完成调制任务的关键部件，简图如图1所示。8个工作于开/关状态带反向二极管的场效应管两两并联组成H桥型逆变电路，+230VDC加在上面两臂。两个相同的射频驱动信号经过两个变压器转换成两组反相的信号，这两组信号分配到H桥型的场效应管G极，对角的为同相信号，同侧的为反相信号，图1中以0°和180°表示。H桥型上面两臂的开/关仅仅通过射频驱动信号控制，而下面两臂的开/关还与调制编码器送来的开/关信号相关。

功放模块的输入信号有3个：控制功放模块工作状态的开/关信号，控制工作频率的射频驱动信号，提供能量的230VDC电压信号。功放模块的输出负载是合成变压器其中一个初级线圈。功放模块的感性负载就带来了续流、感应电压等因素。

功放模块有开通、关闭两个工作状态。开通时提供载频频率的方波，关闭时提供低阻抗通道，使次级电流在变压器初级产生的感应电压得以泄放而不损坏元件。

功放模块在开通状态时，控制开关处于关闭状态，使得Q5/6/7/8的开/关状态也只受到射频驱动信号的控制，如图2所示。在射频驱动信号的正半周，Q1/3/6/8开通，Q2/4/5/7关闭，+230V左正右负地加载到合成变压器初级上；在开通的负半周，Q1/3/6/8关闭，Q2/4/5/7开通，+230V左负右正地加载到合成变压器初级上；这样就将直流电压230VDC转变成载频频率的460V方波。

个别功放模块在关闭状态时，其它功放模块仍然处于开通状态，合成器次级仍然不断有电流电压的变化，导致与之相连的合成器初级会存在感应电压，并且该感应电压与同一时刻开通模块的输出电压极性相反（根据楞次定律，感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化）。

功放模块在关闭状态时，控制开关处于开通状态，使得Q5/6/7/8处于关闭状态，而Q1/2/3/4在射频驱动信号的控制下轮流开通关闭。如图3所示，在射频驱动信号的正半周，变压器初级上的电压左负右正，通过Q2/4的反向并联二极管、C2、地、C1和开通的Q1/Q3进行泄放；在射频驱动信号的负半周，变压器初级上的电压左正右负，通过的Q1/Q3反向并联二极管、C1、地、C2和开通的Q2/4进行泄放。

需要说明的是，发射机的合成器次级与输出网络连接，发射机的输出网络属于谐振电路，具有选频、阻抗变换功能。发射机封锁、关高压瞬间等全部功放模块快速关闭时，输出网络和合成器次级中的振荡电流不会立刻消失，只会逐步衰减，这需要功放模块的配合。DAM50发射机在合成器次级输出端捡拾出一个振铃信号，作为此时功放模块的射频驱动信号，使得功放模块在发射机封锁、关高压后，各个功放模块场效应管Q1/2/3/4与合成器次级中的振荡电流同步开通关闭，继续提供低阻抗通道泄放感应电压。

3 功放模块烧毁原因分析

结合上述DAM50发射机工作原理和功放模块的工作情况，可以推断导致模块故障的情况有如下三种情况。

（1）在230VDC以及合成器变压器初级的感应电压作用下，漏源极过压击穿，可能原因有：场效应管性能下降引起的耐压不足；天馈系统返送电流导致合成变压器初级的感应电压过高；功率合成器中功率变化过于激烈导致感应电压过高；功放模块关闭状态下未能提供泄放通道。

（2）场效应管的各极电压、负载变化导致漏源极过流烧断，可能原因有：场效应管由于射频驱动信号和直流电压不正确，工作在可变电阻区；射频驱动信号故障未能零栅流切换功放，导致同一桥上下管同时开通，230VDC直流通地，功耗超过额定值；功放模块的负载不正常，导致通过场效应管的电流过大而发热烧断。

（3）场效应管栅源过压击穿，可能原因有：功放模块采用两管并联的方式工作，栅极并联存在的分布电容在反馈作用下容易引起高频寄生振荡；射频驱动信号电压过高导致栅源击穿。

一般来说，DAM50发射机烧模块绝大多数都是漏源极过压击穿。在功率合成系统、网络系统和天馈系统出现重大故障的极端情况下，才会出现过流烧断的情况。甚少出现场效应管栅极击穿。在本文背景中提到的烧模块故障，都是属于漏源极过压击穿的类型。

具体地，DAM50发射机漏源极过压击穿的类型一般有如下原因：发射机输出端的放电球间距设置过大，天线返送的感应雷没有得到有效地释放；B-电压设置不正确，功放模块开通数量多的时候开关时间未能适时延长，未能达到减少电流变化率，减少感应电压的效果；射频驱动信号工作不正常，导致应该关闭的功放模块未能工作在关闭状态；振铃信号工作不正常，导致封锁、关高压状态下，功放模块未能提供低阻泄放通道。

4 故障查找与处理

经过分析，查找故障时我们针对性地检查放电球、B-电压、射频驱动信号以及振铃信号，检查出在额定功率无调制情况下，两个B-电压一个是-4.7V，另一个是-5V；有两个功放模块的射频驱动信号线存在虚焊现象；振铃信号在网络箱捡拾后，并没有正确送到负责射频驱动信号适配器板上。

在这些检查结果中，振铃信号问题就是导致多次大规模随机烧模块的直接原因。DAM50发射机在处理好上述问题后，工作非常稳定。哈广厂在收到我们的反馈后响应积极，改良了相关电路，增配了一块频率合成板，提高设备的可靠性。

参考文献

[1]魏瑞发.数字化调幅发射机[Z].国家广播电影电视总局无线电台管理局，1999.

[2]技术说明书ILA/HG1. 280. 071JS（DAM50中波发射机技术说明书）[Z].

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