功率模塊故障的分析、處理

賈小勤

（國家新聞出版廣電總局六九四臺，內(nèi)蒙古呼和浩特 010010）

功率模塊故障的分析、處理

賈小勤

（國家新聞出版廣電總局六九四臺，內(nèi)蒙古呼和浩特 010010）

本文對DF100A發(fā)射機(jī)功率模塊中IGBT（絕緣門雙極晶體管）的開關(guān)管控制作了介紹，就開關(guān)管的過載保護(hù)原理及過程進(jìn)行了闡述，并就模塊控制電路中的同步電路以及失步保護(hù)原理進(jìn)行了說明。針對安全播出中遇到的功率模塊故障，結(jié)合前述的模塊IGBT控制原理進(jìn)行了清楚地分析，闡明了處理功率模塊故障時(shí)的綜合判斷方法和分析思路。

功率模塊 過載保護(hù) 失步保護(hù)

1 故障現(xiàn)象

我臺DF100A型PSM發(fā)射機(jī)功率開關(guān)模塊出現(xiàn)過一起故障，故障現(xiàn)象為：加高壓后機(jī)器工作狀態(tài)正常，高末屏壓48個(gè)功率模塊全部工作正常，9單元狀態(tài)板上48個(gè)開關(guān)狀態(tài)指示燈也全部亮，當(dāng)播音時(shí)節(jié)目開始曲響起，9單元狀態(tài)板上48個(gè)開關(guān)狀態(tài)指示燈就有一個(gè)熄滅，查看發(fā)現(xiàn)，相對應(yīng)模塊上的輸出指示燈也熄滅，直到播音結(jié)束。下次重新開機(jī)播音時(shí)，又出現(xiàn)上述現(xiàn)象。查找故障原因時(shí)，加高壓逐步加調(diào)幅，直到調(diào)幅度達(dá)到100%才出現(xiàn)上述現(xiàn)象。加高壓不送調(diào)幅試機(jī)，無上述現(xiàn)象。

2 故障的分析、檢查

圖1 開關(guān)管控制電路

圖2 同步電路示意圖

分析功率模塊工作情況，出現(xiàn)這個(gè)故障現(xiàn)象前后，發(fā)射機(jī)工作情況的變化為載波狀態(tài)和調(diào)制狀態(tài)。對單個(gè)功率模塊來說，有調(diào)、無調(diào)和調(diào)幅度的大小都不影響其輸出電壓，只影響其輸出電流。48個(gè)功率模塊是串聯(lián)的，所以PSM調(diào)制器輸出的電流必然流過每個(gè)功率模塊。每個(gè)功率模塊中的電流有兩個(gè)通路，當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電流流過開關(guān)管，當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電流流過空轉(zhuǎn)二極管。在載波情況下，流過開關(guān)管或空轉(zhuǎn)二極管的峰值電流就是被調(diào)極電子管的屏流IaoT。有調(diào)幅且m=100% 時(shí)流過開關(guān)管或空轉(zhuǎn)二極管的峰值電流就是被調(diào)極電子管的屏流IaoT的2倍，即Iao=2IaoT。實(shí)際工作中，載波時(shí)被調(diào)極電子管的屏流約為8.5A-9 A，也就是說載波時(shí)和m=100% 調(diào)制時(shí)流過開關(guān)管或空轉(zhuǎn)二極管的峰值電流分別是8.5A-9A和17A-18A。（如圖1所示）

根據(jù)故障現(xiàn)象判斷，該故障因和過流保護(hù)有關(guān)。在功率模塊中，和電流有關(guān)，因過流而實(shí)施保護(hù)措施的只有過載保護(hù)拾電鎳阻絲，該電阻絲由4根并聯(lián)而成，開關(guān)管發(fā)射極經(jīng)由此電阻絲到負(fù)載。DF100A發(fā)射機(jī)中該電阻絲每根標(biāo)稱值是0.1Ω，4根的總阻值為0.025Ω，在正常情況下該電阻絲相當(dāng)于短路，當(dāng)過載電流達(dá)到30A時(shí)保護(hù)動作，相對應(yīng)的保護(hù)控制電壓為0.75V。這時(shí)開關(guān)管控制電路中光電耦合管U14二極管發(fā)光，使它的三極管飽和導(dǎo)電。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，這個(gè)低電平脈沖輸入到定時(shí)器U10的8號端，使它的9號端輸出高電平，此高電平經(jīng)三級非門轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?，送到開關(guān)管門極，使對應(yīng)的開關(guān)管拉開，防范了過載事故。其中U10輸出高電平的延時(shí)=1.1RC=1.1×47×103×10×10-6=517ms。

而此故障可以排除過載的情況，因?yàn)槿绻^載不會只有一個(gè)模塊實(shí)施過載保護(hù)，其他的卻正常工作，分析后認(rèn)為是故障模塊拾電鎳阻絲有故障。取下故障模塊，檢查該模塊鎳阻絲發(fā)現(xiàn)有一根從一頭的焊點(diǎn)處斷開，使原來的4根并聯(lián)變成3根并聯(lián)。從理論上計(jì)算拾電電阻阻值就由0.025Ω增大為0.033Ω，這樣，當(dāng)流過的電流到23A時(shí)拾電電壓達(dá)到0.75V的保護(hù)控制電壓，使保護(hù)動作。但實(shí)際工作中，正常情況下m=100%時(shí)流過模塊的電流約在17A-18A之間，與23A相比還有一定差距，應(yīng)是實(shí)際阻值和理論阻值相比有變化。處理中實(shí)測單根電阻的阻值，都在0.12Ω-0.14Ω之間，并不是理論上的0.1Ω。這樣的話，3根并聯(lián)的阻值就不是0.033Ω，而是在0.04 Ω-0.047Ω之間，這使得流過模塊的電流在18.75A-15.96A之間時(shí)，過載保護(hù)即動作，拉開開關(guān)管。

我臺這部機(jī)播出的是對外節(jié)目，其開始曲開始時(shí)的信號較大，通過示波器觀察（音頻衰減器在正常位置），調(diào)幅度≥100%，這說明在有調(diào)時(shí)流過模塊的電流≥17A，這種情況下過載保護(hù)就會動作拉開開關(guān)管。

從故障現(xiàn)象看，在這個(gè)故障中，重新合電后該功率開關(guān)模塊仍可使用，可以確定IGBT中的開關(guān)管沒有擊穿或斷路，并且對應(yīng)這個(gè)模塊的光纜和光纜接頭也沒有故障，但該故障功率模塊上不僅僅是開關(guān)管拉開，保護(hù)管也拉開了。那么，IGBT中的保護(hù)管是如何拉開的呢。在開關(guān)管控制電路中，當(dāng)過載時(shí)U10輸出高電平，經(jīng)三級非門轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖剿偷归_關(guān)管門極，拉開對應(yīng)的開關(guān)管。此高電平是個(gè)延時(shí)517ms的信號，也就是說拉開開關(guān)管實(shí)施保護(hù)的時(shí)間為517ms，而48級PSM開關(guān)循環(huán)通斷一周的時(shí)間是（估算方法見脈階調(diào)制設(shè)備）遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于517ms的。且在實(shí)施過載保護(hù)的時(shí)間內(nèi)，當(dāng)該級PSM開關(guān)的保護(hù)管沒有拉開時(shí)，9單元調(diào)制器控制器里的9A7環(huán)形調(diào)制器照常會給該級PSM開關(guān)發(fā)送拉開、閉合的指令。這個(gè)故障中過載保護(hù)使開關(guān)管控制電路中U10輸出高電平，進(jìn)一步使U11A輸出低電平信號，這個(gè)低電平信號決定了不論是拉開還是閉合指令信號都不能影響U11D的輸出，即U11D輸出為高電平，經(jīng)非門后變?yōu)榈碗娖剿偷归_關(guān)管門極，開關(guān)管保持為打開狀態(tài)。這期間環(huán)形調(diào)制器發(fā)送來拉開

············指令時(shí)電路狀態(tài)和正常時(shí)循環(huán)調(diào)制器發(fā)送來拉開指令的狀態(tài)是一樣的，同步電路七點(diǎn)邏輯關(guān)系符合開關(guān)管未合時(shí)的情況。當(dāng)發(fā)送來的是閉合開關(guān)的指令時(shí)，在圖3中A點(diǎn)為1、C點(diǎn)為1、D點(diǎn)為1、E點(diǎn)為0，此時(shí)按照正常情況循環(huán)調(diào)制器發(fā)送來的應(yīng)是拉開指令，就是說F點(diǎn)應(yīng)為低電平。可恰恰循環(huán)調(diào)制器發(fā)送來的是閉合指令，即F點(diǎn)實(shí)際為高電平，這使得G為高電平，而U9C的1號端如前所述為低電平，所以異或門U9C的輸出為高電平，也就是H=1。這種情況下同步電路七點(diǎn)邏輯關(guān)系和開關(guān)管因失效而斷路時(shí)的一樣，這樣Q1導(dǎo)通，使保護(hù)管控制電路輸出低電平拉開保護(hù)管，讓該級PSM開關(guān)停用，以免調(diào)制器總輸出直流電壓的交流紋波明顯增大，雜音電平指標(biāo)變壞，造成劣播。于是就出現(xiàn)了故障中觀察到的現(xiàn)象。（如圖2所示）

3 處理

查明原因后，將該功率開關(guān)模塊上從焊點(diǎn)處斷開的那一根拾電鎳阻絲重新焊好，上機(jī)使用恢復(fù)正常，再未出現(xiàn)上述現(xiàn)象。

4 結(jié)語

通過這個(gè)故障的處理，說明在處理故障的過程中，理論上的分析要和元件實(shí)際情況及機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)等多種因素相結(jié)合，而且要把理論知識靈活應(yīng)用，才能準(zhǔn)確、快速的找到故障點(diǎn)并進(jìn)行處理。

［1］魏瑞發(fā)，陳錫安.脈階調(diào)制設(shè)備，中國廣播電視出版社，1998.