全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)和典型案例淺談

曾廣平

（作者單位：廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺(tái)）

全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)和典型案例淺談

曾廣平

（作者單位：廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺(tái)）

文章以哈里斯公司的3DX 50發(fā)射機(jī)為例，立足于廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺(tái)十多年實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)，分析全固態(tài)發(fā)射機(jī)特點(diǎn)，總結(jié)全固態(tài)發(fā)射機(jī)的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，并簡(jiǎn)單介紹了廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺(tái)維修、改造3DX 50發(fā)射機(jī)的幾個(gè)典型案例，為其他臺(tái)站技術(shù)人員提供參考。

全固態(tài)；日常維護(hù)；典型案例；3DX

2004年起，廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺(tái)陸續(xù)安裝了美國(guó)哈里斯公司的DX100、DX200、3DX50，北廣廠的ZF50A，哈廣廠的DAM50等全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)，這些發(fā)射機(jī)穩(wěn)定性好、指標(biāo)優(yōu)良、效率高、啟動(dòng)快、工作頻帶寬，比上一代發(fā)射機(jī)優(yōu)勝許多。雖然廠家、型號(hào)有所不同，但這些發(fā)射機(jī)的使用和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)區(qū)別不大，故障現(xiàn)象也有類似之處值得參考。下面以3DX50發(fā)射機(jī)為例介紹廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺(tái)關(guān)于全固態(tài)發(fā)射機(jī)的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。

1 全固態(tài)發(fā)射機(jī)的特點(diǎn)

固態(tài)指的是固態(tài)電子元件，它由固態(tài)的、不動(dòng)的材料所構(gòu)成，其內(nèi)部的電流載子也在這些固態(tài)材料中流動(dòng)，如二極管、三極管和場(chǎng)效應(yīng)管等。用固態(tài)電子元件組成的放大、控制電路替代電子管等器件，并將發(fā)射機(jī)調(diào)幅過(guò)程數(shù)字化的結(jié)果就是全固態(tài)發(fā)射機(jī)，這個(gè)名稱是相對(duì)電子管發(fā)射機(jī)而言的。

固態(tài)電子元件的使用令發(fā)射機(jī)進(jìn)入高度集成化、數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化成為可能。50 kW發(fā)射機(jī)從占地二三十平方降到了3 m2，大大節(jié)省空間；各種固態(tài)保護(hù)電路的反應(yīng)速度更快、更精確可靠；數(shù)字幅度調(diào)制的引入保證了發(fā)射機(jī)的高效率、高指標(biāo)和高穩(wěn)定性；實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、CPLD等軟硬件的綜合使用提高了發(fā)射機(jī)的智能程度和人機(jī)交互友好度，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整播出狀態(tài)，不僅確?！叭β?，滿調(diào)制”，也會(huì)將故障信息存儲(chǔ)起來(lái)，幫助技術(shù)人員定位故障；熱插拔技術(shù)使發(fā)射機(jī)能夠在播出中更換功放模塊；功率合成技術(shù)的使用，提高了發(fā)射機(jī)輸出冗余度，將故障風(fēng)險(xiǎn)分散化，個(gè)別模塊的故障不影響正常播出。

2 全固態(tài)發(fā)射機(jī)的日常維護(hù)

全固態(tài)發(fā)射機(jī)和電子管發(fā)射機(jī)的區(qū)別最顯著地體現(xiàn)在維護(hù)和使用的改變上。

首先，全固態(tài)發(fā)射機(jī)集成度高，各種布線、引腳非常密集，灰塵的積聚讓元件散熱沒(méi)有保障，高壓信號(hào)也會(huì)出現(xiàn)拉弧打火等現(xiàn)象。固態(tài)電子元件和電解電容等器件的壽命和工作狀態(tài)都對(duì)溫度敏感，特別是電解電容，工作溫度每升高10℃，工作壽命就會(huì)減少一半。所以，全固態(tài)發(fā)射機(jī)對(duì)機(jī)房環(huán)境清潔度、溫度和濕度的要求很高了，無(wú)塵恒溫才是它們與生俱來(lái)的生存環(huán)境。其次，全固態(tài)發(fā)射機(jī)的調(diào)制元件是工作在開關(guān)狀態(tài)的場(chǎng)效應(yīng)管，對(duì)電源、天饋?zhàn)杩沟姆€(wěn)定性要求高，不再是電子管那么“吃苦耐勞”，這要求我們改善電能質(zhì)量，調(diào)整天饋系統(tǒng)。最后，全固態(tài)發(fā)射機(jī)控制、取樣、保護(hù)等電路詳盡、繁復(fù)了很多，這要求維護(hù)人員經(jīng)常性地檢查，校正各個(gè)電路是否運(yùn)行正常，參考值是否符合標(biāo)準(zhǔn)，確保功能正常。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，采用固態(tài)電子元件提高集成度，引進(jìn)數(shù)字幅度調(diào)制技術(shù)后，全固態(tài)發(fā)射機(jī)效率高、指標(biāo)好、穩(wěn)定性好，但對(duì)溫度、濕度、灰塵敏感，抗電壓浪涌能力差，抗雷擊能力差。維護(hù)、維修工作需要更新方法和思路，主要有如下四點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。

2.1 完善設(shè)備運(yùn)行環(huán)境

全固態(tài)發(fā)射機(jī)對(duì)環(huán)境要求高，要切實(shí)做好發(fā)射機(jī)維護(hù)工作，設(shè)備環(huán)境的維護(hù)首當(dāng)其沖。這就要求我們摒棄電子管發(fā)射機(jī)的粗放式的維護(hù)思路，提高機(jī)房管理水平，做好防塵降溫除濕，提高設(shè)備運(yùn)行環(huán)境質(zhì)量。運(yùn)行環(huán)境不好，會(huì)對(duì)發(fā)射機(jī)造成不少隱患。廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺(tái)引進(jìn)第一臺(tái)3DX50全固態(tài)發(fā)射機(jī)的時(shí)候，機(jī)房還沒(méi)有完成改造，屬于敞開式風(fēng)冷機(jī)房，這臺(tái)3DX50發(fā)射機(jī)在臨時(shí)機(jī)位使用了一年多之后才搬到改造完成的封閉式發(fā)射機(jī)房，使用了幾年之后故障頻發(fā)。我們分析這些故障后，發(fā)現(xiàn)源頭都是曾經(jīng)惡劣的設(shè)備環(huán)境引起的。

2.2 做好技術(shù)資料的保存和更新工作

全固態(tài)發(fā)射機(jī)集成度和智能程度高，意味著即使體積小了，但是蘊(yùn)含的電路反而更多了。操作系統(tǒng)中有各種參數(shù)設(shè)置，各電路板上的保護(hù)電路、調(diào)整跳線、撥碼開關(guān)也非常多。這需要我們認(rèn)真保存和更新發(fā)射機(jī)的各種技術(shù)資料。例如，出廠參數(shù)表、系統(tǒng)設(shè)置值、射頻鏈路各點(diǎn)阻抗、各個(gè)基準(zhǔn)電平、各個(gè)關(guān)鍵檢測(cè)點(diǎn)的電壓波形、歷次維護(hù)維修的記錄及改造的圖紙。這些資料就是我們確保全固態(tài)發(fā)射機(jī)正常工作的基礎(chǔ)。

2.3 制定和執(zhí)行周期維護(hù)檢修表

周期維護(hù)檢修表是發(fā)射一線人員熟悉的，日常維護(hù)工作都是圍繞它展開。隨著全固態(tài)發(fā)射機(jī)替換電子管發(fā)射機(jī)，維護(hù)內(nèi)容、維護(hù)方法及維護(hù)維修使用的工具都有所區(qū)別，周期維護(hù)檢修表也要隨之增減內(nèi)容，并根據(jù)實(shí)際工作中出現(xiàn)的新情況不斷完善。之所以特別指出維護(hù)方法不同，是因?yàn)槿虘B(tài)發(fā)射機(jī)更像一臺(tái)電腦，各種信號(hào)數(shù)字化、歸一化后輸入CPLD、FPGA等控制芯片內(nèi)部進(jìn)行處理，處理結(jié)果在儀表上顯示，并直接控制電路，決定發(fā)射機(jī)的工作狀態(tài)（功率水平、調(diào)制度、指標(biāo)和電路保護(hù)），這與電子管發(fā)射機(jī)完全是兩回事。此外，設(shè)備運(yùn)行環(huán)境完善后，發(fā)射機(jī)運(yùn)行整潔度得到保障，運(yùn)行非常穩(wěn)定。但它工作良好與否，更大程度決定于眾多板塊的取樣、同步、保護(hù)和控制等電路正常與否，維護(hù)工作將注重定期檢查、測(cè)量，避免參數(shù)不正確帶來(lái)實(shí)際功率下降、指標(biāo)不達(dá)標(biāo)、保護(hù)電路失效等情況。

2.4 針對(duì)不適應(yīng)實(shí)踐的情況進(jìn)行改良、改造

任何設(shè)備，不論多么先進(jìn)和穩(wěn)定可靠，總有一些設(shè)計(jì)上的薄弱環(huán)節(jié)或者使用中出現(xiàn)的缺陷，給安全播出和設(shè)備維護(hù)工作帶來(lái)威脅。對(duì)此，我們無(wú)需迷信廠家，而是應(yīng)該大膽創(chuàng)新，小心求證，對(duì)其進(jìn)行改良和改造，消除薄弱環(huán)節(jié)，從源頭排除故障。即使是先進(jìn)的美國(guó)哈里斯發(fā)射機(jī)，我們也已經(jīng)進(jìn)行了多次技術(shù)改造，如母板、濾波板和合成環(huán)的連接方式、12V電源等。

3 全固態(tài)發(fā)射機(jī)維護(hù)的典型案例

在3DX50發(fā)射機(jī)的使用過(guò)程中，我們處理了不少故障，積累了一些經(jīng)驗(yàn)，比較突出的有如下幾種。

3.1 接觸不良問(wèn)題是3DX發(fā)射機(jī)出現(xiàn)最多、最嚴(yán)重的問(wèn)題

射頻鏈路存在多個(gè)危害播出安全的接觸不良類型的隱患，是發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)中元器件的選取不當(dāng)導(dǎo)致的，應(yīng)當(dāng)盡快進(jìn)行改造。射頻鏈路中存在大量電感電容器件，鏈路中出現(xiàn)接觸不良或者斷開的點(diǎn)，就會(huì)在該點(diǎn)產(chǎn)生非常高的電壓，產(chǎn)生拉弧打火現(xiàn)象。射頻鏈路中連接器的選取，可靠性比便利性更重要。

3DX發(fā)射機(jī)在射頻鏈路中大量使用了插拔式連接器件，功放模塊通過(guò)金手指插座連接在母板上，母板通過(guò)多排的香蕉型插頭連接在濾波板上，濾波板通過(guò)針形排線接插件連接在合成變壓器上，如圖1所示。金手指接插座、香蕉型接插頭等插拔式連接器都是依賴于彈性金屬件的接觸面進(jìn)行電流電壓的傳遞，它們帶來(lái)了在線快速更換故障件的便利，但也帶來(lái)了金屬?gòu)椥詼p弱或者消失后引發(fā)接觸不良的問(wèn)題。

圖1 模塊母板濾波板連接示意圖

3DX50母板和濾波板之間的香蕉型接插頭由三個(gè)部件構(gòu)成：一個(gè)直徑4 mm的空心的插座，一個(gè)直徑2 mm的實(shí)心的插頭，還有一個(gè)金屬薄片壓制成兩頭密閉中間分成四瓣鼓起的空心金屬管。這個(gè)金屬管負(fù)擔(dān)著插頭與插座的定位連接和載頻頻率的600 V、10 A左右的電流電壓的傳遞，在長(zhǎng)期的工作溫度和形變壓力的雙重作用下會(huì)發(fā)生改變性狀、喪失擠壓接觸的功能，造成接觸不良的情況。廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺(tái)出現(xiàn)過(guò)由于香蕉型接插頭彈片彈性失效，引發(fā)拉弧打火，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的場(chǎng)效應(yīng)管炸裂，并殃及母板控制線路的接口，放電能量沖擊到調(diào)制編碼板、D3板、激勵(lì)器等部件，導(dǎo)致它們的通訊芯片失效，損失嚴(yán)重。后來(lái)我們進(jìn)行了針對(duì)性的改造，將原來(lái)香蕉型接插頭清理出來(lái)，改用銅螺絲、銅螺桿進(jìn)行連接，杜絕了香蕉頭接觸不良帶來(lái)的影響，我們將情況反饋到哈里斯廠，廠家也采取類似改造思路對(duì)發(fā)射機(jī)進(jìn)行改良。

此外，射頻鏈路中其他地方存在類似問(wèn)題，功放模塊與母板連接的金手指接插座的接觸不良導(dǎo)致系統(tǒng)檢測(cè)不到功放模塊的存在，濾波板與合成變壓器的針形排線接插件的接觸不良導(dǎo)致發(fā)熱、變色、氧化，嚴(yán)重的甚至已經(jīng)焊接在一起。這兩個(gè)故障也是我們對(duì)3DX50發(fā)射機(jī)進(jìn)行改造的項(xiàng)目。

3.2 設(shè)計(jì)中冗余量不足導(dǎo)致個(gè)別故障反復(fù)出現(xiàn)

這種設(shè)計(jì)缺陷對(duì)安全播出的危害比上面的稍低，但也屬于應(yīng)當(dāng)盡快解決的問(wèn)題。這方面主要有12 V故障以及功放模塊同一故障反復(fù)出現(xiàn)。

3DX發(fā)射機(jī)的+12 V電源設(shè)計(jì)有點(diǎn)特別。在待機(jī)時(shí)，它負(fù)責(zé)供給所有功放模塊以及各個(gè)控制板，功放模塊中+12 V的能耗大戶+VA通過(guò)12 V供給，此時(shí)12V電源總電流約15 A；在播音時(shí)，+VA轉(zhuǎn)為通過(guò)+210 V供給，此時(shí)12 V電源總電流不足1 A，如圖2所示。這種設(shè)計(jì)是基于全天不停機(jī)播音無(wú)人值守使用設(shè)計(jì)的，而且在整個(gè)12 V供電線路中，各種接插件沒(méi)有按照待機(jī)負(fù)載進(jìn)行選取。接插件電流冗余量的不足和國(guó)內(nèi)中波臺(tái)每天開關(guān)機(jī)的使用習(xí)慣，導(dǎo)致12 V輸出排線及保險(xiǎn)絲都嚴(yán)重發(fā)黑，并導(dǎo)致鏈路中接觸電阻增大，出現(xiàn)12 V過(guò)低的情況。我們針對(duì)這樣的情況改造了保險(xiǎn)絲以及輸出連接方式，完善操作規(guī)程。

圖2 功放模塊12V供電示意圖

廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺(tái)3DX50發(fā)射機(jī)的功放模塊故障情況有些奇怪，90%都是作為負(fù)半周橋底端的場(chǎng)效應(yīng)管Q5/Q7以及對(duì)應(yīng)的保險(xiǎn)絲損壞，其他6個(gè)管正常。這些都是耐壓500 V 的IRFP22N50場(chǎng)效應(yīng)管，按原型號(hào)更換維修，之后仍有較大概率的故障重現(xiàn)。統(tǒng)計(jì)故障情況，我們發(fā)現(xiàn)故障模塊集中出現(xiàn)在模塊開通次序的中間部分，屬于頻繁開通/關(guān)閉轉(zhuǎn)換的。分析故障原因，功放模塊對(duì)應(yīng)的合成變壓器L在關(guān)閉狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，由關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)至開通狀態(tài)時(shí)這個(gè)感應(yīng)電壓會(huì)全部加在Q5/Q7上，如圖3所示。場(chǎng)效應(yīng)管Q5/Q7的耐壓冗余量不滿足工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，或者說(shuō)300 V的工作電壓設(shè)置使功放模塊在工作轉(zhuǎn)換狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的自激電壓超出了500 V，造成Q5/Q7反復(fù)擊穿。我們將Q5/Q7更換為耐壓600 V 的IRFP22N60后故障不再反復(fù)出現(xiàn)。

3.3 風(fēng)道設(shè)計(jì)不完善，元件散熱不良引發(fā)元件故障

3DX發(fā)射機(jī)共有3個(gè)機(jī)柜，只有中間的功放機(jī)柜后方有一個(gè)風(fēng)機(jī)向機(jī)箱鼓風(fēng)進(jìn)行冷卻。風(fēng)從功放機(jī)柜兩側(cè)的窗口為左右的電源柜和輸出柜送風(fēng)散熱，最后從發(fā)射機(jī)頂部吹出，如圖4所示。圖中電感L4和云母電容C4串聯(lián)成為3DX50發(fā)射機(jī)輸出網(wǎng)絡(luò)中三次諧波的陷波網(wǎng)絡(luò)，也是π型阻抗變換的第一分流腳，是整個(gè)輸出網(wǎng)絡(luò)中熱效應(yīng)最高的。但這兩個(gè)元件并沒(méi)有布局在上述的風(fēng)道中，工作時(shí)L4表面溫度高達(dá)60℃，C4表面溫度也達(dá)到55 ℃（環(huán)境溫度20 ℃）。過(guò)高的工作溫度導(dǎo)致云母電容壽命減少，工作不穩(wěn)定。通過(guò)在窗口添加彎道的方式改變風(fēng)道，有效降低了L4/C4的溫度。

圖3 功放模塊工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換示意圖

圖4 電源柜風(fēng)道示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

先進(jìn)的技術(shù)手段和設(shè)備不斷加入到廣播一線，以技術(shù)力量彌補(bǔ)人的不足。但不論科學(xué)技術(shù)怎樣發(fā)展，設(shè)備運(yùn)行維護(hù)還是需要運(yùn)行維護(hù)技術(shù)人員的力量。這要求廣播臺(tái)站技術(shù)人員不斷學(xué)習(xí)，加強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)交流，提高業(yè)務(wù)水平，適應(yīng)時(shí)代發(fā)展。因此，本文總結(jié)了全固態(tài)發(fā)射機(jī)的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，介紹了一些典型案例以及解決辦法，希望給其他技術(shù)人員有所幫助。

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