PSM发射机功率开关模块典型故障的分析与探讨
摘 要：SW100F型大功率短波广播发射机是PSM制式的一款发射机。PSM发射机中使用了数十块功率开关模块，一旦某模块出现故障都将影响发射机播出质量和效果。该文就发射机运行中无论是功率开关模块合、断所引起的杂音，还是光缆故障、模块输出电压以及IGBT的AC或者DC管击穿引起的杂音等，都将影响发射机杂音指标;在分析故障原因、提出故障排查解决方法的同时，对每个故障处理过程作者进行了论述，最后就功率开关模块影响杂音指标提出了思考和建议。
关键词：PSM发射机 功率模块 杂音指标
SW100F型大功率短波广播发射机射频系统，采用的是PSM脉冲阶梯调制技术。在发射机运行中，无论是用作调制音频信号幅度循环的功率开关模块合、断所引起的杂音，还是发射机信号传输光缆故障导致的杂音，或是功率开关模块输出电压导致的杂音以及IGBT的AC和DC管击穿引起的杂音，都将影响发射机杂音指标。PSM发射机的功率开关模块的工作原理很多书籍教案都已介绍，在此不再叙述。在此，作者就功率开关模块影响杂音指标的几类典型故障的分析、处理过程进行论述，同时结合工作实际提出思考意见和建议。
1 功率开关模块影响杂音指标的典型故障分析
PSM短波发射机射频系统调制音频信号幅度，是由循环通断的48块功率开关模块来实现。发射机运行中，由于变压器漏感、功率开关模块循环导通拉、合产生的分频引起的杂音，以及光缆故障、模块输出电压、IGBT的开关管或保护管击穿等产生的杂音，都将影响发射机杂音指标，影响发射机播出质量和效果。以下就此类典型故障进行分析论述。
1.1 功率开关模块合、断引起的杂音
故障现象：发射机指标测试，杂音为-32db，监听发现有明显低频啸叫声，音频分析仪测试分析有频率为1.46kHz的杂音。发射机杂音指标不入级。
故障原因分析：根据现象加高压试验，观察开关状态指示灯48路指示灯均亮，48组功率模块DC指示灯均亮，功率模块处于工作状态，没有发现异常。做加高压，升功率、降功率试验，加高压，功率降到0，此时功率模块应该都不工作，即功率模块DC灯不应有亮的，否则说明功率模块有问题。同理升功率后查有功率模块不亮的，说明功率模块有不工作的。
故障处理：加高压后把功率降到0，如发现某功率模块DC灯总亮，而且特别亮，对应开关状态指示灯也亮;则是该模块有问题，如拆下测试为正常，仍然复用上机。因该模块DC灯总亮，用示波器测试对应的光发射电路，如果输出不是脉冲信号，再查前面的环形调制器电路。如果测量此功率模块对应的环形调制器电路的JK触发器输出Q为脉冲，波形正常。则应检查它的“与门”输人4脚，应为高电平“H”。如果5脚和6脚都为“H”，则应检查此芯片是否松动，用手按下后测量其输入5脚、输出6脚均为脉冲。如果芯片松动输人5脚处于悬空状态，总为高电平“H”，其输出因此也总为“H”而不是脉冲。开关管(DC管)由于开关拉合信号不正常始终为高电平导致开关管一直开通，环型调制器却依据模块开关状态信号正常循环工作。此外，由于失步保护电路的失灵等原因，无法封锁保护管(AC管)，也就无法及时封锁或纠正控制信号异常。开关管将模块三相整流电压直接输出，其输出瞬时电压即为平均电压，从而使DC灯总亮而且特别亮。模块工作于这种状态，在合成主电压时就会呈现周期性的偏高，运行中必然产生较大的杂音。假设此功率模块输出直流电压为600V，主整电压为10kV，则杂音为：20lg(600/10000)=-24.4db。
综述以上分析，开关状态指示灯亮的`原因，功率开关模块保护管(AC管)在合工作状态，功率模块就有反映其工作状态正常的37kHz脉冲，所以开关状态板上该指示灯始终处于亮的状态，结果误导了功率模块始终处于正常状态。
1.2 信号传输光缆故障导致的杂音
故障现象：发射机在测试指标时杂音电平为-35db，杂音频率为1.46kHz。发射机加高压，开关状态板48路指示灯均亮，没有发现异常现象。但是1.46kHz的杂音频率，则说明某功率模块工作状态不正常;仔细观察48块功率模块的DC灯，发现A号模块DC灯不亮。拔掉该模块控制小板，测量杂音指标为-56db，由此可见系该功率模块影响了杂音指标。
故障原因分析：首先，用相邻的C号(带光发射电路)的功率开关控制板来控制A号功率模块为正常;其次，用A号(带光发射电路)功率开关控制器控制C号功率模块，测试C号DC灯也不亮。则说明A号功率模块本身没问题，故障可能在此功率开关控制小板或者拉、合控制信号线路不正常。
故障处理：更换A号功率开关控制器，故障现象依旧。用示波器测试它对应的光发射电路波形，波形正常。拔插A号功率模块控制小板光缆B，发现光接收头处光缆明显变形，拔下A号功率开关模块光缆B两端，一端用手电光照，观察另一端的发光情况，发现光线与正常的相比明显偏暗。重新作光缆头后测试杂音指标为-58db。
通过上述分析，故障原因是“合、拉”指令的光信号通过光缆传送至功率开关控制器上的光接收头接触不良，接收到的开关信号弱，导致了模块的开关性能发生变化，功率模块输出电压比正常低。而功率模块工作频率为1.46kHz，在合成直流主整电压中就含1.46kHz的杂波，所以载波上就会出现1.46kHz的杂音波形。从光纤通信可知，任何光纤弯曲半径过小，就会影响光功率的传输。此外，当光缆B传输出现问题，功率开关控制板提供给状态板指示AC管运行正常，开关管(DC管)由于光接收管或光发射管未开通或光缆连接不良等造成开关管未开通，但PSM环型调制器却根据状态电压正常信号，使功率模块仍然循环工作。这样就相当于有一块输出电压为零的功率模块在循环，造成开关管控制信号缺位，运行中必然产生较大的杂音。
1.3 功率开关模块输出电压导致的杂音
故障现象：某发射机测试杂音电平为- 48db，用音频分析仪可见含杂音频率为 1.46kHz杂音。从开关状态指示灯看，48路指示灯均亮，但1.46kHz的频率出现说明功率模块中存在工作状态不正常的模块。
故障原因分析：加高压，查看48路功率模块DC指示灯虽然都是亮的，但其中有一块模块的DC指示灯很暗，疑是工作状态不正常，拔掉该功率开关控制器使其不工作，测杂音为-58db，说明此功率模块工作状态有问题。原因有两类：(1)开关工作指令不正常;(2)模块本身有问题。