開關(guān)電源在3DX中波發(fā)射機(jī)的應(yīng)用及故障處理

廣東省廣播電視技術(shù)中心五二二臺 鄧紹敏

引言：本文主要介紹開關(guān)電源的組成及工作原理，簡述其在哈里斯3DX發(fā)射機(jī)上的應(yīng)用，并介紹功放柜電源排除故障的經(jīng)驗(yàn)。

1.前言

3DX-50全固態(tài)數(shù)字調(diào)幅中波發(fā)射機(jī)是繼DX系列發(fā)射機(jī)之后由美國哈里斯公司推出的又一種新型的發(fā)射機(jī)。它技術(shù)更先進(jìn)，設(shè)計(jì)更完善，工作效率更高，工作更穩(wěn)定。其選用了新式開關(guān)電源和直接數(shù)字驅(qū)動技術(shù)等多項(xiàng)新技術(shù)，盡量減小發(fā)射機(jī)的功耗。本文就開關(guān)電源的原理及其在3DX-50發(fā)射機(jī)上的應(yīng)用做一介紹，并簡單介紹在日常使用過程中所遇故障的處理辦法。

2.線性電源

電源設(shè)計(jì)是電子電路設(shè)計(jì)中非常重要的環(huán)節(jié)。電源是否穩(wěn)定在一定程度上決定了整個設(shè)備的穩(wěn)定性，電源性能的好壞極大影響著電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)。傳統(tǒng)電源主要為線性電源，線性電源的原理是市電通過變壓器降低電壓變成低壓的交流電后，經(jīng)整流和濾波變成直流電，最終通過穩(wěn)壓產(chǎn)生穩(wěn)定的低壓直流電，在電路中的調(diào)整元件工作在線性狀態(tài)。線性電源的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單、輸出電壓的波紋較小、反應(yīng)速度快。簡單構(gòu)造的最大優(yōu)點(diǎn)是維護(hù)方便，而輸出紋波越小，即輸出直流凈純度越高，這也是直流電源質(zhì)量的一個重要標(biāo)志。但同時，線性電源使用的變壓器較為巨大，濾波用的電容重量以及體積也都較大，當(dāng)輸出較大電流時其調(diào)整管的功耗太大，導(dǎo)致電源轉(zhuǎn)換效率很低（在40%～50%左右）。

3.開關(guān)電源

開關(guān)電源在電源輸入端直接把交流電整流成直流電。其使用各種電子開關(guān)器件（如晶體管和場效應(yīng)管），經(jīng)控制電路，使開關(guān)器件快速的“接通”和“關(guān)斷”，形成高頻脈沖電流。在電感器的協(xié)助下，輸出穩(wěn)定的低壓直流電，從而實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換及輸出電壓的可調(diào)。初期的開關(guān)電源全都由分離的元件組成，不只是開關(guān)頻率低、效率低，而且電路也較繁雜，不容易調(diào)試。隨著技術(shù)的發(fā)展成熟，各種各樣的單片開關(guān)電源集成電路開始投入使用，實(shí)現(xiàn)了電源變換器的集成化，現(xiàn)已成為變壓電源產(chǎn)品的主流。開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)86%以上，穩(wěn)壓范圍寬，而且還具有自身抗干擾性強(qiáng)和模塊化等特點(diǎn)，因此被普遍用于通信、家用電器等各行各業(yè)。

4.開關(guān)電源在3DX-50發(fā)射機(jī)上的應(yīng)用

在3DX-50 發(fā)射機(jī)中，電源柜內(nèi)的主電源整流輸出300Vdc 、低壓整流板輸出32Vdc， 兩路直流送到功放柜內(nèi)的功放電源模塊，經(jīng)DC-DC 轉(zhuǎn)換后輸出210Vdc和±12Vdc 的直流電壓。其中±12Vdc電源分配輸出至各功能板及所有放大器模塊，是發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)的能源中心，而210Vdc 作為所有功率放大器的模塊驅(qū)動電壓。

電源柜輸出的300Vdc電源同時送到功放柜中的二進(jìn)制電源模塊（其構(gòu)造與功放電源模塊類似，同樣采用模塊化設(shè)計(jì)插入功放柜插槽中），經(jīng)過模塊內(nèi)的開關(guān)控制電路變換為兩套電源，一套為150V給二進(jìn)制高位功放供電，一套為75V給二進(jìn)制低位功放供電。

功放電源模塊的210V、12V輸出及二進(jìn)制電源模塊的150V、75V輸出的變換電路均為buck電路，其電路原理如圖1所示。當(dāng)Q導(dǎo)通時，輸入電源經(jīng)電感Lf提供給負(fù)載，同時電感存儲了能量的一部分，然后控制Q斷開輸入電源，只由電感器供電給負(fù)載。這種周期性的操作可以調(diào)整電源連接的相對時間來調(diào)節(jié)輸出電壓。其輸入電壓Vin大于平均輸出電壓Vo，極性相同。

圖1

功放電源的另外一路轉(zhuǎn)換器使用了Buck－Boost電路，輸入Vin（32Vdc）經(jīng)降壓變換為Vo（-12Vdc），其電路原理如圖2所示。當(dāng)Q導(dǎo)通時，二極管D由于承受了反向電壓關(guān)斷，電源給Lf儲能，當(dāng)Q關(guān)斷后，電感兩端產(chǎn)生反向電壓導(dǎo)致二極管D導(dǎo)通，電感兩端的電壓即為輸出電壓Vo。Buck/Boost又稱作升降壓式變換器，是一種輸出電壓既可低于也可高于輸入電壓的變換器，其輸出電壓的極性與輸入電壓相反。Buck/Boost變換器可看成是Buck變換器以及Boost變換器串聯(lián)之后合并了開關(guān)管而成的。

圖2

除了變壓電路以外，開關(guān)電源還有各種輔助電路，包括啟動、濾波、輸出采樣、功能指示、檢測保護(hù)等電路。

5.開關(guān)電源故障處理

故障現(xiàn)象1：3DX-50發(fā)射機(jī)面板POWER AMP指示燈紅色閃爍，打開柜門檢查發(fā)現(xiàn)調(diào)制編碼器2#、3#均顯示“BINPS LO”的告警信息；低位二進(jìn)制模塊三個故障指示燈呈紅色；激勵器輪流顯示“LSB BIN”、“MSB BIN”的告警信息；二進(jìn)制電源150V、75V指示燈為紅色故障。

故障處理1：根據(jù)顯示信息判斷為二進(jìn)制電源有故障，關(guān)機(jī)拔出二進(jìn)制電源模塊檢查（其部分電路如圖3所示），發(fā)現(xiàn)保險(xiǎn)絲F5開路，在線測量150V調(diào)整管Q7、Q8的D-S電阻分別為0.2Ω，0.5Ω，判斷Q7損壞，拆下測量Q7的D-S電阻為0.2Ω，再在線測量Q8的D-S電阻約為36KΩ。更換Q7和F5后測得Q7、Q8的D-S電阻均為36KΩ。而Q7損壞影響的是150V電源的輸出，對75V電源無影響，即對低位二進(jìn)制模塊的工作無影響，根據(jù)低位二進(jìn)制模塊故障指示，分析二進(jìn)制電源還有其他故障。進(jìn)一步檢查Q5的5、6-3腳和7、8-1腳的電阻均為0.2Ω，拆下Q5后測得Q5的5、6-3腳和7、8-1腳的電阻仍為0.2Ω，更換Q5后未發(fā)現(xiàn)其他可疑之處，將電源模塊裝回后開機(jī)試驗(yàn)，故障依舊。于是用KEY板插入低位二進(jìn)制模塊KEY插槽，發(fā)現(xiàn)B+(A)、B+(B)兩指示燈不亮，說明仍然無150V和75V電源加到二進(jìn)制模塊，打開功放箱后門檢查二進(jìn)制電源輸入到模塊的相關(guān)電路，在線測得保險(xiǎn)泄放板上供二進(jìn)制電源的保險(xiǎn)F18有約1KΩ阻值，懷疑F18開路，拆下測得F18電阻為∞，更換后再次試機(jī)正常。

圖3

故障現(xiàn)象2：發(fā)射機(jī)在待機(jī)狀態(tài)下顯示屏上許多狀態(tài)參數(shù)的顯示均異常。

故障處理2：故障現(xiàn)象說明控制系統(tǒng)異常，檢查控制面板發(fā)現(xiàn)-12V電源缺失，估計(jì)-12V電源供電電路存在故障。首先檢查電源分配板的保險(xiǎn)絲，均無異常。對功放柜電源-12V電源相關(guān)電路進(jìn)行檢查（其部分電路如圖4所示），場效應(yīng)管Q5和保險(xiǎn)絲F3均正常，對周邊電路仔細(xì)檢查時發(fā)現(xiàn)場效應(yīng)管門級上的電阻R86顏色異常。測量得知電阻已經(jīng)燒斷，將電阻更換后發(fā)射機(jī)電源恢復(fù)正常，故障排除。

圖4

6.小結(jié)

開關(guān)電源具有穩(wěn)定、可靠、高效的特點(diǎn)，其被越來越廣泛地應(yīng)用在各個領(lǐng)域，了解其基本原理是很有必要的。而學(xué)習(xí)其在3DX-50發(fā)射機(jī)上的應(yīng)用，對我們處理故障和技術(shù)維護(hù)是大有裨益。由于在3DX-50發(fā)射機(jī)中電源模塊的檢測控制電路較為復(fù)雜，還大量使用了貼片元件安裝，使維修難度增大，這對技術(shù)人員技能提出了更高的要求。