功放模块范文（精选7篇）
功放模块 第1篇
随着数字功放技术的日臻成熟, 数字音频放大器以其突出的高效率优势, 开始全面取代模拟音频放大器。
在功放领域, 电源主要使用工频变压器方式, 体积大、笨重, 若与数字功放一起使用不能充分体现数字功放高效率、体积小、重量轻的优势。数字功放大多采用开关电源供电, 开关电源应用于音频功放领域首先要解决好对功放的干扰问题, 不能影响音频带内;其次, 开关电源要具备瞬间大电流供电能力。市场上一般的开关电源不能满足功放的要求, 需要专门开发, 影响了对数字功放的推广使用。
因此很有必要开发一种一体化数字功放模块, 它将开关电源、数字功放集成到一起, 大大简化降低二次开发难度, 主要应用在有源音箱/线阵、调音台功放、低成本专业功放和多通道专业功放等领域。
2 一体化数字功放模块总体结构及工作原理
2.1 电路总体结构
按内部组成功能结构, 一体化数字功放模块主要分为开关电源和数字功放两部分。开关电源部分主要作用是将交流市电转换为功放所需的直流电, 并提供足够的电流。功放部分主要完成对音频信号的放大, 并提供对功放自身和负载的保护功能。具体实现框图如图1。
2.2 开关电源工作原理
工作原理框图如图2。
输入110V/220V交流首先经两级二阶EMC滤波器, 隔离模块内外干扰;110V/220V设置, 通过保险丝跳线完成;整流滤波电路将交流市电转化为300V左右的直流电;DC/DC变换器输出功放需要的各种低压直流, 并实现隔离。
DC/DC变换器采用了零电流软开关技术, 电流波形为平滑的类正弦波, 开关管电压波形无毛刺, 整机的高频干扰与小, 不仅提高了电源效率而且对数字功放的干扰也降到了最低。为了避免电源对功放的干扰, 电源开关频率采用了与功放开关频率相干技术, 且远离音频频带。
2.3 数字功放工作原理
模拟音频信号通常采用线性放大器 (如A类、A B类) 放大, 效率低;开关态放大器 (如D类) 效率高, 但只能放大开关脉冲信号, 不能直接模拟音频信号。数字功放的基本原理是, 将音频信号转换为适合高效率放大器放大的开关脉冲信号, 开关脉冲信号经高效率放大后, 再恢复为模拟音频信号, 从而实现音频信号的高效率放大。工作原理如图3。
输入模拟音频信号首先预处理 (如音量调节、压限等) , 然后与反馈回来的音频信号一起送到误差放大器, 输出音频误差信号;三角波发生器产生高线性度三角波信号与音频误差信号一起送到比较器, 产生P W M信号。如图4。
PWM信号送到驱动器进行预放大, 同时在驱动信号间插入死区时间 (dead time) , 以避免同一桥臂的两个MOSFET管同时导通带来的损耗。原理如图5。
开关放大器对PWM信号进行放大, 输出功率PWM信号。功率PWM信号送到低通滤波器, 重建模拟音频信号。低通滤波器结构如图6。
3 一体化数字功放模块指标、功能实现情况
3.1 系统主要指标
通过对样品的测试, 一体化数字功放模块的典型性能指标特性如下:
4.1.1频率响应
如图所示, 在20~20kHz的音频带内, 频率响应范围控制在±0.5dB内。
3.1.3 底部噪声
由图可见, 系统底部噪声谱稳定, 经A计权计算, 该底部噪声为-76dBv。以输出功率为900w计算, 系统信噪比为:
3.1.4 效率vs功率
图10为模块在不同输出功率时的效率曲线图, 由图可见, 当模块输出功率在900w时, 其效率达到80%。
3.2 THD+N
由图可见, 在功放输出功率为1 w时, 其失真度曲线始终低于0.02%。
3.2 系统主要实现功能
为了保证模块在非正常使用条件下能正常工作、不被损坏, 一体化数字功放模块设计有较为完备的保护功能:
1) 、输入电压过欠压保护
当外部电源电压超过允许范围, 功放将保护。
2) 、提供温控风扇接口, ±15V辅助电源输出, 功率级电源输出
模块提供了±15V辅助电源输出, 功率级电源输出, 以及温控风扇接口。
3) 、迟滞热关断保护、温度功率控制
若工作温度达到60℃, 模块输出功率将被限制。若温度超过80℃, 模块保护。
4) 、功放输出短路、过载保护
当功放模块输出端电流超过最大限制电流, 功放将自动关闭其输出。
5) 、功放输出直流保护
当功放输出直流成分威胁负载喇叭安全时, 该保护启动, 模块自动断电。
6) 、静音控制、故障指示
提供外部关断功放输出和功放自身故障的对外指示。
4 一体化数字功放模块的应用
2分频的有源音箱系统, 带有源分频器和双放大器配置。
此方案选择一块900w的一体化数字功放模块, 外挂一块250w单通道数字功放模块。通过有源音频信号处理, 实现低音输出9 0 0 w, 中、高音共输出2 5 0 w。
5 结束语
本文针对数字功放产品缺乏相应电源方案支持的现状, 介绍了一款自行开发的主要面对有源音箱和多通道专业功放使用的数字功放模块, 实现了开关电源与数字功放的一体化设计, 解决了数字功放在应用中的实际问题, 对快速扩大产品的市场应用起到了积极的作用。目前已有用户依据此模块开发出了有源音箱系列和多通道专业功放整机等终端产品, 且市场反应良好。
参考文献
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[3]Jorge Cerezo.Class D Amplifier Performance Relationship to MOSFET Parameters.International Rectifier Inc.Application Note AN-1070
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[5]Don Dapkus.Class D Audio Power Amplifiers:An Overview.IEEE Journal of Solid-State Circuits.2000, 35 (11) .111113.
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[7]K.Nielsen:Audio Power Amplifier Techniques with Energy Efficient Power Conversion Ph.D.
[8]Thesis.Department of Applied Electronics, Technical University of Denmark, 1998.
功放模块 第2篇
发生这些状况,解决办法有两种,一是向生产厂家整体购买功放模块和母板,二是购买线路板和相应元件后自己组装。第一种方案的优点是快捷、省事,缺点是费用太高,一块功放模块厂家要价达2 000元左右,而一块母板则高达9000余元;第二种方案虽然费时费力,但是却可以继续使用损坏模块上的好元件,只需更换少量故障或性能下降明显的元件,显然可以节省大量维修费用。同时,还可通过组装工作,使技术人员得到锻炼和提高。
1放模块安装注意事项
功放模块的组装工作,关键的一点是要切实做到认真细致,决不能有丝毫马虎。其次要做好前期准备工作。开始组装前,除了要准备好必要的工具和一些易损件外,还应弄清楚组装时需注意的一些问题,做到心中有数后,再开始组装。
首先,要认真检查旧元件。将损坏模块上的元件拆下来后,不但要在安装前仔细检查其性能好坏,而且组装完毕后还要再依次检查一遍,发现问题元件要立即更换,以确保新组装的模块性能良好。
其次,要特别注意二极管、三极管和场效应管的极性,决不能接反,更不能装错位置。因此,最好是拆一个装一个,以确保无误。同时,在拆装场效应管时,要注意做好防静电工作,以防止损坏场效应管。
第三,模块上的两个射频信号变压器T1、T2因抽头多、线径细而软,是组装工作的难点。如果其抽头接错,轻则功放半桥或全桥不工作,重则烧毁功放。安装前要先确认其绝缘良好,无级间短路现象后,再分清其同名端,一一进行安装。若变压器已经损坏,则用新变压器替换。T1和T2完全相同,均为6根漆包线在磁环上绕五圈组成,初次级匝数比为10:5,但相位相差180度。图1、图2分别为T1的接线图和结构图。初级线圈为两根漆包线串联组成,引脚为7-9-9-2,9脚悬空,7脚接信号输入端,2脚接地(T2的接法与其正好相反)。两组次级线圈均为两根漆包线并联组成,引脚分别为3-5-5-4、6-1-1-8,由图1所示的同名端可知,其1、3、4、7脚在磁环的一侧,2、5、6、8脚在磁环的另一侧。安装时,无论变压器是新是旧,均按图2所示将漆包线两两接好,然后将初级线圈的三个抽头装到线路板上,再按照线路板上所标示的脚号,依照上述同名端次序,将次级的两组线圈装好即可。安装新变压器时,需注意将焊接处的绝缘漆刮干净。
2功放模块安装步骤
明白上述要点后,就可以开始组装工作了。电烙铁以40W为佳,拆解、组装按照以下步骤较好:第一步,将旧板上的散热片、功放管拆下后保存好,留待最后再装。注意不要遗失螺栓、垫片、磁环等小件物品;第二步,将T1、T2变压器拆下一个,检查无误后,按照标号装到新板上,再拆装另一个;第三步,从模块的DS1、DS2元件端开始,按照拆下一个、检查一个、安装一个的方法,将其它元件依次装好;第四步,在将除了散热片、功放管以外的元件全部装好后,再做一次详细检查,看是否有遗漏、损坏元件,焊点是否整洁,有无虚焊、脱焊、短路之处,并将元件和线路板清洁干净。
最后,将散热片、功放管等清洁干净后全部装好。安装时需注意不要把功放管装反,不要遗漏小磁环、导热绝缘片等小物件。特别是导热绝缘片,一定要注意检查是否有裂缝、焊锡等杂质,更不能遗漏,否则会烧毁功放管。
按上述步骤组装完毕,并检查无误、清洁干净后,就可以装上保险管,上机试验了。
摘要：功放模块是数字全固态中波广播发射机中最易发生故障的部件之一,在线路板损坏严重时,需整体更换,但从厂家购买费用太高,而制作线路板后,自己组装,不但节省大量经费,还可为技术人员提供锻炼机会。本文详细阐述了功放板的组装方法、步骤和注意事项。
功放模块 第3篇
随着电子器件和电子科技的飞速发展, 固态发射机应运而生。特别是固态发射机的功放模块, 其技术先进性, 体积, 重量, 耗电, 寿命等优点, 与电子管功率放大器简直不可同日而语。同方GME1133型UHF3KW吉兆电视固态发射机, 整机采用单通道, 图像伴音合放式, 整机由8个550W UHF功放模块合成, 热插拨设计, 调试维护方便。本文仅以同方吉兆GME1133型UHF3kw大功率合放式全固态电视发射机的UHF550W功放模块为例。结合我们日常使用的情况对功放模块的工作原理, 常见故障和日常维护进行浅谈。
二、功放模块工作原理
550W功放模块的末级功放板由2只LD MOS场效应管BLF861A组成。每个场效应管和与之相连的输入输出匹配电路构成一个单管推挽放大器。由两个单管放大器和3d B正交电桥组成一组平衡放大器, 即为末级功放板。两组同样的平衡放大器再经同相二合成器进行功率合成, 其输出功率大于550w。功放模块为高增益、高线性的宽带功放, 一致性好, 可互换性强。LD MOS场效应管为推挽型对管, 所以单管放大器的输入和输出匹配网络中均设有微带线结构的平衡不平衡转换器。而功率传输通常都采用不平衡的电缆和微带, 所以需要平衡/不平衡转换。场效应管采用电压偏置方式, 其栅极偏置电压由漏极电压经二次稳压处理形成。功率合成用的正交电桥均3db合带状线结构, 若某一路放大器出现故障, 平衡放大器失去平衡隔离负载将承受一部分不平衡功率。监控板将功放的工作参数经采样、存储、A/D转换、微处理器处理后, 通过RS485接口传送到主控单元进行监测, 监控板设有过激励、过载、过热的自我保护控制及其状态指示电路电流取样板给各级供+32V电源, 并给监控板提供各级工作电流取样信号。
三、维护功放模块注意事项
(1) 场效应管的使用和维护:场效应管是功放模块的核心。因其输入阻抗高, 使得栅极感应电荷不易泄放。而场效应管静电放电可导致场效应管的击穿或烧毁。因此在使用场效应管时应特别注意放电的危害。场效应管的保存应放在抗静电封装内或用导线将管脚短接, 取用管子时应先把人体的静电放掉或带放静电手套拿取。安装新管或是更换时, 应事先用导线把各极短路, 然后用放静电的烙铁焊接, 选择合适功率的电烙铁以60-80W为宜, 同时烙铁必须有良好的接地, 每次焊接的时间最好不超5秒, 或利用烙铁的余热焊接, 尽量不要在机房内有发射机工作时或有静电的场所操作, 而且周围应有良好的接地线, 避免感应电压损坏管子。场效应管好坏的判别, 用万用表R×10KΩ挡去测量场效应管任意两引脚之间的正、反向电阻值。如果出现两次及两次以上电阻值较小, 几乎为0×KΩ, 则该场效应管为损坏;如果仅出现一次电阻值较小 (一般为数百欧姆) , 其余各次测量电阻值均为无穷大, 还需作进一步判断。
(2) 功放模块风道和散热片的维护:功放模块在使用过程中要注意其运行的环境, 功放模块散热器是高效的散热器件, 该功放模设计有过热保护, 由比较器和开关管组成。散热器上装有温度继电器, 散热器可以有效的消除场效应管功效产生的热量, 如果环境温度过高, 会造成场效应管失去更好的效率, 为保证良好的散热效果, 应定期对散热片进行清洁, 清除散热片上的灰尘和污垢。适当的气流对功放模块的正常工作十分重要, 经常检查功放模块风道是否畅通, 风量是否正常, 检查进风口是否有风阻。通风滤尘网应定时的清洗或更换。
(3) 功放模块链路维护:除定期做好风道和散热片清洁维护工作外, 还要记录功放模块运行情况, 特别是每个模块工作参数, 如晶体管工作电流等。功放模块晶体管的工作栅偏电压通过功放后面板微动开关 (常闭, 常开) 接点连通。推进和抽出功放模块, 都会导致此开关的触片张力减弱和变形, 因此要安排好功放模块的检修周期, 尽量减少抽出功放模块, 推进功放模块时要平衡推入, 确保接触良好。定期做好功放合成器, 吸收负载, 陷波器的温度检查以及功放模块内部的灰尘清洁。
四、故障处理实例
1、故障现象:
主控单元LCD显示“PAx OVERLOAD”, 过载保护, 对应功放出现红灯告警如果静态时功放就过载, 则检查功放内逻辑控制电路有无短路断路、器件损坏等。
如果加功率才出现保护: (1) 查看发射机的反射功率和驻波比是否变大, 检查馈线、馈管、弯头, 滤波器、多工器等有无局部发烫的地方; (2) 确认UBS调制器的输出射频频率正确; (3) 检查功放输出到合成器之间的射频连接头是否插好, 线是否有变色或损坏的迹象。 (4) 将功放拔出检查热插拔头是否有打火、变色、损坏等与不保护的功放对调位置, 判断是功放还是无源部件问题。 (5) 如是功放问题, 打开功放, 检查功放射频输出头与功放内部线路板的连接处是否有虚焊或脱焊现象、检查功放内反射检波电路是否有器件损坏的痕迹; (6) 如果是无源器件的问题, 检查整机合成器输入口的驻波情况, 可用数字表电阻挡对多个入口比较测量简单判断具体测量则需要扫频仪; (7) 功放过载保护临界点设置偏低, 但需经多方面综合判断, 详细分析功放的工作状态才能确定。
2、故障现象:VGON指示灯不亮。
功放没有插到位或微动开关有问题。检查功放是否插到位, 检查功放后边的微动开关是否合上或是否已坏 (开关为常开和常闭两种状态) 。每个功放小盒的后边, 都有一个小的微动开关, 保证在热插入时, 功放先上电, 后上激励, 在热拔出时, 先关激励, 后断电, 即关断功放管的偏置电压, 使功放管保持静态, 零功率输出。因此在热拔插的时候一定要小心, 应确定功放后边的定位杆对准机架的定位孔后再推进, 以免造成微动开关不到位或损坏。
3、故障现象:功放出现过热保护。主控单元LCD显示:PAX OVERHEAT, 对应功放出现红灯告警。
(1) 检查风机和风道的运行情况, 发射机的后门是否关好。风机进风口受到灰尘的堵塞或机房的进风量不够等原因, 也会造成过热保护。 (2) 功放中温传感器故障, 在温度没有达到设计的温度 (设计温度68+2) 就提前造成功放保护。 (3) 功放内合成器损坏, 功放管的输出功率不能通过合成器有效合成, 造成散热器温度升高, 出现过热保护。 (4) 功放频响变化, 增益高和整机合成器输入端口的驻波比大, 也会造成功放温度高, 出现过热保护。
4、故障现象:功放液晶显示屏查看工作电压和电流参数不正常。
该功放末级管的型号为:BLF861, 其漏极工作电压VD=32V。栅极对地电压VD=4.5~5.5V, 静态工作电流约600~1000m A。取样电阻两端的电压10~60m V左右。根据这些数值。 (1) 检查开关电源是否有32V输出, 如不正常应该检查供电电路中的元件是否有损坏。 (2) 用三用表检查栅极对地电阻应有1~2KΩ, 若栅源间电阻为0, 可以判断栅源极间可能已击穿或短路, 应焊下管进一步检查。 (3) 用三用表检查每只功放管对应的取样电阻两端的电压。若无电压, 可以判断此管无工作电流, 取样电阻或功放管已损坏。
五、结束语
功放模块 第4篇
1功放模块原理
1.1功放模块的组成与参数
吉兆电视调频发射机功放均采用统一的高增益功放模块,用于同一频点、同一台发射机的每个功放模块的一致性非常好,可以互相交换,功放模块所用的功放管均采用进口的高频大功率场效应管,线性好,功率的余量大。
由于频率的不同,不同波段的功放模块使用了不同的功放管,功放管的工作状态也不同,表1给出了不同波段功放模块的组成和功放管的静态参数。
1.2功放模块的取样电路
(1)每个功放管的工作电流经取样电阻(调频是电流传感器4080)取样送到控制单元。(2)功放的输入、输出、不平衡、反射信号强度经检波器转换成模拟电压送到控制单元。(3)功放管附近的温度继电器见温度信号转换成模拟信号送给控制单元。
1.3功放模块的保护
(1)过温;(2)过激励;(3)过荷。图1是保护电路原理框图。
2功放参数的记录
吉兆电视功放模块电流取样放大电路使用廉价LM385为核心的仿电流取样放大集成块4080的电路结构,其特点是廉价,缺点是离散性大,参数变化大,其参数大多不准。对参数的选取只能采用比较法,就是现有实时数据与历史数据相比较,个别参数变化与整个功放数据相比较,因此,定时记录发射机参数是日常维护功放的一项重要工作。表2是3CH发射机功放部分数据对比。
3功放模块维修实例
3.1故障机器型号:GME10141/40型米波10 kW电视发射机。故障现象:第五路功放电源、偏压状态指示灯绿灯指示正常;过压、过温、过激励保护报警灯不亮,无故障报警;监控软件检测该路功放没有功率输出,手摸功放微凉;整机功率输出没有变化,激励器功率略上升。用监控软件实时生成并调取历史数据5#功放参数数据如表3。
对表3数据进行分析后发现:(1)14静态电流数据历史上一直为零,功放输出功率与其他功放基本一致,判断是电流取样放大电路离散性所造成的,是取样放大电路的问题;(2) Pi故障时66mW远大于正常值,同时其他功放Pi值在45 mW左右,这可能是输入接触不良、输入衰减器电阻开路或预放没有工作导致信号全反射,此参数实际测的是驻波,所以增大;(3)预放偏置电流比正常小很多。可能是偏置电路问题或偏置没有加到MRF151G栅极上。
通过实验,发现并不是由于微动开关常开常闭触点同时接触到。为保险起见,更换一个微动开关,刚上去是正常,过几天又出现类似情况,如果不动它有时刚开机时正常,过几个小时后又不正常。检查输入电路,输入衰减器电阻均正常。
将功放上电测用数字表测功放管偏置电压(连接如图2),发现预放栅极电压偏低,2.60 V和原参数2.7 1 V有差距,调偏置定位器,发现无论怎么调栅极电压始终在2.60V不变化。判断栅极电位器接触不良导致故障。处理电位器恢复调整能力将偏置电压调至2.7 V,功放模块工作正常。
3.2故障现象:功放模块某一电流指示不正常。故障分析:此故障在功放故障中最常见,也是比较多发的故障。功放电流出现异常有几种情况:一种是电流达到极限为11.9 A;一种是电流为0;还有一种是电流相比于其他同一功放上电流相差较大。
出现此类故障要根据功放的所有参数来综合判断,可能的故障有:(1)只有某一路电流指示异常,其他参数和历史数据尤其是功率和别的功放比较,如果基本一致,说明是取样电路本身问题;(2)如果功率有较大变化,功放管开路,电流指示为0,功放管短路或取样电阻开路电流指示为11.9 A;(3)如果某路功放模块电流相比于其他同一功放上电流相差较大,这要看该路功放的历史数据,一般这种情况是取样电路离散性所造成的。
4结语
日常维护要以记录功放模块参数、不同环境下的状态为主,只有这样才能切实把握设备的脉搏,才能在第一时间判断出故障所在,才能既快又准地解决出现的问题,将故障消灭在萌芽状态。
摘要：功放模块是发射机核心组件,对它的维护是实现发射机系统发射信号有效性、可靠性、可使用性的重要手段,因此,也是日常维护工作的重心。本文总结安徽广播电视台宣城发射台对吉兆电视调频发射机功放模块的多年维护经验,阐述日常维护中应该注意的问题并对若干实例进行分析。
关键词：功放模块,日常维护,维修实例
参考文献
[1]方德葵.电视与调频发送技术[M].北京:中国广播电视出版社,2005.
功放模块 第5篇
故障现象:
该机开、关机正常,整机输出功率(设定在2.4kW)正常。查看各功放工作状态时发现,主控单元LED显示屏,显示第六路功放各极功放管的工作电流,输入、输出功率等均为0。功放模块面板上的栅极电压指示灯不亮,32V电源指示显示正常。
故障检查:
打开故障功放模块,轻压栅压控制微动开关簧片,有明显的弹性,用万用表测微动开关通、断时的电阻值正常,调整微动开关的位置,使模块插入机器内开关处于正常闭合状态。通电后观察栅压指示灯仍不亮,但用万用表测预功放管的栅极电压4V正常,漏极电压32V正常。正常开机后,整机输出功率正常,激励器输出也正常,手摸该功放模块外壳有温度且与其它模块温度相同。这说明该功放模块放大电路工作正常。无电流、功率显示及栅压指示灯不亮的故障应在模块内的取样、放大、模/数转换等电路及模块到主控单元的通讯系统。
原理分析:
在电流取样板中,各功放管工作电流流过取样电阻,形成一低电压,该电压经过运算放大器放大后,送到控制指示板进行模数转换,转换后的数字信号再由通讯系统送到主控板LED显示屏显示I1～I6电流。(见图1)
功率显示分别由输入功率检波电压,输出功率检波电压,反射功率波检波电压,送到控制指示板进行模数转换,转换后的数字信号再由通讯系统送到主控板显示。(见图2)
根据功放参数显示原理分析,出现此故障有以下几种可能:通讯不畅可造成此故障;电流取样放大电路板出现故障;控制指示板故障。
针对上述几个故障疑点采用了替换法进行排除。一是将显示正常的功放模块放置第六路,开机查看各管工作电流、功率显示正常。这说明该路到主控单元的通讯系统正常。二是将故障模块中的控制指示板卸下,放入电流、功率显示正常的其它模块中,开机后各电流、功率显示正常,说明故障模块的控制指示板也正常。
排除了通讯系统和控制指示板的故障,故障范围就缩小在电流取样放大电路板。该电路板有六路电流取样电阻,和六路取样放大电路组成,分别取出I1～I6电流模拟量。这六路电路结构基本相同且分别独立,互不相干,即任何一路故障,不影响其它几路工作直至电流显示。六路电路同时损坏的可能性很小,之所以使六路电流取样放大电路停止工作,最大的可能就是放大电路的供电出现故障。电流取样板中的集成放大电路均由24V供电。通电后用万用表测该板所有放大电路集成块LM358的8脚(电源输入端)均无24V电压。
由于厂方提供的图纸不详,参照实际电路画了张集成电路供电简图如下:
由图可知电流取样板运算放大集成电路供电,是由开关电源输出的32V电压经三端稳压块7824降为24V电压提供。控制指示板的集成电路供电,是由三端稳压块7824降为24V电压,再由三端稳压块7809和7805降为5V电压提供。栅极电压指示的发光二极管供电由7824降为24V电压再由7812、7805降为12V电压和5V电压提供。
由此判断:由于三端稳压块7824的损坏,电流取样板中的集成块无(24V)供电,而停止工作。同时控制指示板的集成块无(5V)供电,该板所有电路停止工作。故无电流显示。三端稳压块7824坏无24V电压,从而无5V电压,Vg指示的发光二极管不亮。
故障处理:更换三端稳压块7824。
功放模块 第6篇
美国哈里斯公司的3DX系列全固态中波发射机 (以下简称3DX发射机) , 是在开发了DX系列发射机之后推出的新产品, 具有更高的集成度、更智能的故障诊断和更友好的操作界面。本台自2004年开始陆续安装使用了三台3DX发射机, 在几年的运行中, 发射机功放模块的故障频发, 其中约90%的故障都是保险丝F3烧断和场效应管Q5/Q7击穿。这样的情况表明, 3DX发射机功放模块的电路有值得推敲之处。
2 3DX发射机原理
哈里斯公司的3DX发射机, 主要使用了逆变和功率合成这两项关键技术。逆变技术利用高频电桥电路将直流变换成交流;功率合成技术将多个独立放大器的输出功率, 经过网络直接合成, 以增大输出功率, 即使其中一个放大器发生故障, 整体电路仍然可以继续工作。
3DX发射机, 通过电桥控制信号使多个逆变器产生载频频率的交变电压;通过音频控制信号改变逆变器工作的数量, 产生调幅效果;产生的交变电压送到变压器初级, 通过次级串联在一起的多个变压器进行功率合成, 经滤波、阻抗转换后完成调制任务, 如图 (1) 所示。
3DX发射机播音时, 逆变器有些工作、有些暂停。逆变器在工作时产生载频频率的方波电压, 送到变压器;在暂停时不再产生电压, 反而因为次级电流的存在使暂停功放的变压器初级产生感应电压, 这个感应电压需要暂停逆变器提供一个低阻抗通道来泄放, 才能避免对整体电路产生破坏。以上两种功能在3DX发射机中由功放模块实现。
3 3DX发射机功放模块工作原理
3DX发射机的功放模块采用的是电压型无源逆变技术, 用八个场效应管Q1～Q8并接成四对, 八个二极管D1～D8一一对应地反向并联在Q1～Q8上, 变压器初级L连接在两侧, 构成全桥逆变电路, 如图 (2) 所示。
信号A、B是两组相位相差180度的载频频率开关信号, 信号A由载频正半周转化而来, 信号B由载频负半周转化而来。两者与工作信号通过门电路共同控制Q1～Q8的导通、关闭, 如同开关一样。D1～D8在电路中起续流作用。
3.1模块工作时提供载频方波电压
需要模块工作时, 工作信号送出高电位, 触发器D送出"1"信号, Q1～Q8完全由A、B信号控制。在载波周期的正半周, 使Q1/Q3、Q6/Q8导通, Q2/Q4、Q5/Q7关断, 将+V左正右负地加到变压器初级L上;在载波周期的负半周, 使Q2/Q4、Q5/Q7导通, Q1/Q3、Q6/Q8关断, 将+V左负右正地加到变压器初级L上。这样, 功放模块输出一个载频方波电压到变压器初级L上 (L串联一个电容避免直流电压通地) 。
变压器初级L属于感性负荷, 使得功放模块工作时电流变化滞后于电压, 反向并联在Q1～Q8上的D1～D8, 起续流作用, 防止电压变化时变压器初级上的反电动势反向击穿Q1～Q8。
在模块工作时, 同侧上下两对场效应管在信号A、B控制下轮流导通, 若A、B的高电平有交迭情况, 则同侧两对场效应管同时导通, 导致直流电压+V对地短路。所以, 载频开关信号A、B需要经过死区时间发生器处理, 它们高电平之间有死区时间, 死区时间内A、B均为低电平, 使Q1～Q8都关闭, 此时变压器初级L上的电流通过反向二极管D1～D8续流。
3DX发射机功放模块中, +V为300VDC, Q1～Q8是美国整流器公司自带反向二极管的IRFP22N50A产品, 不需外加二极管, 耐压500VDC[4]。
3.2模块暂停时提供低阻抗通道
需要模块暂停时, 工作信号送出低电平, 触发器D送出"0"信号, Q1～Q8完全由D触发器控制, 使Q5/Q7、Q6/Q8在整个载波周期都处于导通状态, 并以Q5/Q7、地、Q6/Q8为变压器初级L提供低阻抗通道, 如图 (3) 所示。
功放暂停时, 与之相连变压器的次级流过的电流与开通模块的变压器次级电流相同, 根据楞次定律, 变压器次级电流产生的磁通是抵消变压器初级电流产生的磁通, 在载频周期的正、负半周最后时刻, 开通模块的电压与电流同向, 此时暂停逆变器的变压器次级感应到初级的电压, 和同一时刻开通模块的输出电压极性相反。
在载波正半周的最后时刻, 暂停功放的变压器初级L上产生了左负右正的感应电压, 回路中的电流为顺时针, 如图 (3) a所示;在载波负半周的最后时刻, 暂停功放的变压器初级L上产生了左正右负的感应电压, 回路中的电流为逆时针, 如图 (3) b所示。
4 3DX发射机功放模块常发故障原因的分析
由于死区时间的存在, 功放模块从暂停状态转向工作状态时, 场效应管Q1～Q8都先进入关闭状态, 这使得暂停状态的低阻抗通道断路并引起变压器初级L产生自激电压Ul。暂停状态最后一刻感应电压左正右负, 根据楞次定律可知自激电压左正右负。
3DX功放模块暂停状态最后时刻, 如图 (3) b, 电流逆时针流通, 电桥两侧的v3、v4由于Q5～Q8的导通趋于地电位, Q6/Q8内部的反向二极管处于正向导通。进入死区时间后, Q6/Q8内部的反向二极管因续流仍然处于导通状态, Q5/Q7变为关闭状态, Q1/Q3内部的反向二极管开通续流, 开通时呈现电容效应, 在此期间, v4仍然趋于地电位, v3电压却趋于自激电压Ul, Ul加在Q5/Q7上, 使Q5/Q7比其他场效应管经受更多的电压考验。
自激电压Ul只发生在暂停状态转向开通状态的功放模块里, 大小与发射机功率、场效应管关闭速度有关, 有可能比+V更高, 若考虑元件参数时只考虑+V, 可能发生耐压不足情况, 使Q5/Q7过压击穿, 并且使得接下来Q1/Q3开通时同一侧直接接地, 烧断保险。这与我台功放模块故障情况吻合, 即F3烧断, Q5/Q7击穿, 故障模块大多位于开通次序的较后位置, 即处于频繁"开通"、"关闭"状态转换的位置。
5 3DX发射机功放模块的改造
综上所述, 3DX发射机功放模块设计时, 需要考虑到自激电压Ul对Q5/Q7的影响, 可以通过添加缓冲电路, 增加场效应管关闭时间来减少自激电压Ul;也可以采用耐压更高的元件来解决。前者成本较高而且比较复杂, 后者操作简单。本台综合考虑后, 在市面上找到耐压600V的场效应管IRFP22N60K, 用以维修故障模块, 逐步替换在用的IRFP22N50A。经过两三年的实践, 3DX发射机的故障模块从2009年前的20块/年降到如今的3块/年左右, 说明这个方法有效地降低了故障风险, 而且这个方法容易实现, 在维修中完成改造, 没有增加过高成本, 可供使用3DX系列发射机的同行参考。
参考文献
[1]魏瑞发.数字化调幅发射机.国家广播电影电视总局无线电台管理局, 1999年10月.
[2]3DX-50.TECHNICAL MANUAL (3DX-50中波发射机技术手册) [Z].
[3]刘凤君.现代逆变技术及应用[M].北京:电子工业出版社, 2006年9月.
功放模块 第7篇
关键词：数字调制发射机,不显故障,功放模块,查找方法
1 前言
我台机房有四部10KW中波发射机, 来自不同的三个生产厂家。每部整机使用52块功率放大模块, 其中用1个模块作射频预推动器, 用3个模块作射频推动放大器, 用48个模块作功率放大器。所有功率放大模块的结构和电性能都是一样的, 工作位置可以任意互换, 对发射机的整体性能毫无影响。在日常工作中功放模块会发生故障, 甚至有的模块发生了故障却不发出故障警示, 潜在故障降低了播出质量。下文就我台中波数字调幅发射机功放模块不显故障进行分析, 并介绍其查找位置的方法, 供大家参考。
2 功率放大模块结构及工作原理
每块功放模块用四个MOS场效应管 (IRFP350) 组成桥式开/关放大器, 工作于丁类状态。整个电路具有对称性, 可以分为A和B两个推挽放大电路, A部分包括V1和V3两个功率场效应管 (IRFP350) 组成, B部分包括V2和V4两个功率场效应管 (IRFP350) 组成, V1 (V2) 的源极和V3 (V4) 的漏极的连接处是半桥的输出端。A、B两部分的输出信号幅度相等、相位相反, 当负载的一端接在一个半桥的输出端上而另一端接地, 电路就构成半桥工作方式, 负载上所得到的波形是单极性方波, 幅值等于电源电压值;当负载的两端分别接上两个半桥的输出端上, 电路就构成全桥方式, 负载上所得到的波形是双极性方波, 幅值是2倍于电源电压值。功放模块设有电源供给电路、射频驱动输入电路、功放模块开/关控制电路、功放模块输出电路。
(1) 射频驱动信号输入电路。来自射频分配板的等幅同相驱动加在输入变压器T1和T2的初级绕组上, 次级绕组在V1和V3 (V2和V4) 的栅极上产生两个互为等幅反向的激励信号, 使得V1和V3 (V2和V4) 交替开通截止。L3、R3、R5 (L4、R4、R6) 用于扩展输入电路的频带, 以满足整个中波频段发射的要求。 (2) 功放模块开关控制电路。射频预推动器和射频推动器始終工作着, 然而用于合成器的功放模块会随载频信号被调制或发射机输出功率改变等, 要求一定数量的功放模块时开时关。放大模块的开关控制信号由调制编码器产生, 在TTL低电平信号输入时 (-2—-5VDC) , 控制管V5和V6饱和开通、V7关断, 输入变压器次级上的1端被接地, 射频驱动信号加到场效应管的栅极, 且高于场效应管的开启电压, 功放桥开通;在控制信号高电平输入时 (+4V-4.8VDC) , 使5V和V6被关断、V7被开通, 输入变压器次级上8端电压箝位到地, 场效应管V3和V4栅极低于开启电压, 功放桥关断。 (3) 功率放大及输出电路。来自调制编码器的控制为低电平时, 功放桥开通, 幅度为28-32VP-P的等幅反相正弦波射频驱动信号, 分别加到场效应管V2和V4的栅极, 使功率放大器工作于丁类开关放大状态, 半桥的上、下两个场效应管V1和V3 (V2和V4) 轮流饱和开通、关断, 上、下两管源极与漏极连接点的输出电平轮流在供电电压和地点位之间变化。 (4) 电源。功放模块应用整机不同位置, 则工作电源电压有所不同, 预推动极接入的是30-60VDC电压;射频推动极接入的是115VDC电压;二进制功放模块接入的是30VDC或115VDC电压, 大台阶功放模块接入的是225V-235VDC。
3 不显示故障功放模块的分析
功放模块损坏的原因尽管有多样性, 但通过对功放模块故障数据分析, 场效应管损坏造成模块故障的占绝对多数, 原因是多方面的, 有的是场效应管自身质量低劣造成损坏;有的是射频推动信号幅度不够造成损坏;有的是接插件松动造成损坏;有的是模块上其他元件损坏造成;有的是调制B-电源设置不当随机造成损坏;有的是从调制编码器送来的功放开通/关断信号电平到达时间不一致造成损坏;有的是在连续高温环境下工作, 散热条件差造成的损坏。
功放模块的每个桥各自安装一只3A的快速熔断器, 当电路发生故障时熔断器开路, 相应熔断的指示灯被点亮, 告警模块损坏。工作中故障功放模块不显故障, 一是故障指示电路失效;二是场效应管损坏未能形成熔断器负载通地。一块功放模块故障对发射机功率输出不会造成太大影响, 但对整机质量有明显的降低, 在例行测量设备指标时, 发现有低音频率响应和高音频率失真同时超出规定值许多, 应对功放模块性能进行检查。
4 查找方法
(1) 在线测量电阻法。关断低压电源, 选择数字式万用表2MΩ电阻档, 两只表棒任意接在A半桥和B半桥的输出端, 如果数字万用表的电表显示“1” (即阻值无穷大) , 表示功放模块中的场效应管是好的, 如果电表显示有电阻值, 表示有场效应管损坏。此方法简便安全, 可以用到日常设备维护中。 (2) 信号寻迹法。在场效应管无损坏, 功放模块有故障时, 可以用此方法。开低功率2KW, 取100HZ到1KHZ单音频送入发射机, 加100%调幅度, 用双路示波器的一路接入到发射机的射频输出检测板的解调音频输出端, 这是可以观察到序号1-36功放模块的工作波形, 输出已调包络上无阶梯失真, 证明模块无故障。当有一大台阶模块工作不正常, 从双踪示波器上可以看到包络失真波形。为确定是哪一块功放模块故障, 运用示波器的另一路来检测调制编码器上的跳线X101-X106, 观看供给的控制电平位于波形, 直到显示出TTL低电平故障波形为止。若波形位置相对应, 可以确定故障模块位置。
5 结语
DAM数字调制发射机是一个自动控制化程度高、故障率低、各项指标优良、日常运行成本低的新一代发射机。维护检修设备需要经验集累, 碰上设备故障应该很好地体会, 进行必要的理论分析, 摸清可能故障出现的部位, 寻求既适合本单位又能有效排除故障的方法, 确保播出设备实现“高质量、不间断、既经济、又安全”的工作。
参考文献
[1]10KW中波全固态数字调幅发射机说明书.