全固態(tài)電視發(fā)射機中的高性能開(kāi)關(guān)電源設計

　　全固態(tài)發(fā)射機，除了信號指標的提升外，體小量輕、高效低耗、積木式結構維護簡(jiǎn)單是它的顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)，其供電方式采用六只26V/100A 開(kāi)關(guān)電源分別為六路末級功放供電。開(kāi)關(guān)電源是整個(gè)發(fā)射系統的能量保障，本文介紹開(kāi)關(guān)電源分類(lèi)、工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)以及維修方法等。

　　一、開(kāi)關(guān)電源按照控制原理可以分為四類(lèi)

　　1、脈沖寬度調制（簡(jiǎn)稱(chēng)PWM、即脈寬調制）式：工作方式為開(kāi)關(guān)周期為恒定值，通過(guò)調節脈沖寬度來(lái)改變占空比，實(shí)現穩壓的目的。

　　2、脈沖頻率調制（簡(jiǎn)稱(chēng)PFM, 即脈頻調制）式：工作方式為脈沖寬度為恒定，通過(guò)調節開(kāi)關(guān)頻率來(lái)改變占空比。

　　3、脈沖密度調制（簡(jiǎn)稱(chēng)PDM,即調密制）式：其特點(diǎn)工作方式是脈沖寬度為恒定，通過(guò)調節脈沖數實(shí)現穩壓的目的。這種調制方式需采用零電壓技術(shù)，能顯著(zhù)降低功率開(kāi)關(guān)管的功耗。

　　4、混合調制式（即脈沖寬度調制和脈沖頻率調制兩種方式相結合）開(kāi)關(guān)周期和脈沖寬度都不固定，均可調節。

　　以上四種方式統稱(chēng)為"時(shí)間比率調制"（即TRC 方式）。其中脈沖寬度調制方式技術(shù)最為成熟，應用也最為廣泛。如早期產(chǎn)品CW1525A、1527A, 近期產(chǎn)品T494、UC3842 等均為脈沖寬度調制。

　　二、開(kāi)關(guān)電源的工作原理及其性能

　　以上四種調制方式以脈沖調寬開(kāi)關(guān)電源在實(shí)際應用中最為廣泛?；緲嫵扇鐖D1- 1 所示，主要由以下6 部分組成。

　　接入交流電網(wǎng)（50Hz ,220V AC 或者115VAC）經(jīng)EMI 防電磁干擾電源線(xiàn)濾波器，直接整流濾波變成直流，再經(jīng)變換器將直流電壓（275V 或172V） 變換為數十KHz 或數百KHz的高頻方波或準方波電壓控制功率開(kāi)關(guān)管，經(jīng)高頻率變壓器隔離、降壓（或升壓），再經(jīng)高頻整流濾波后輸出直流電壓，經(jīng)取樣、比較、放大控制PWM 調制器驅動(dòng)功率開(kāi)關(guān)管的占空比。從而可以得到穩定的輸出電壓。

　　通過(guò)以上介紹我們基本了解了開(kāi)關(guān)電源的分類(lèi)及其脈沖寬度調制類(lèi)型的基本構成。但在實(shí)際運用中，PWM 制式開(kāi)關(guān)電源有兩種控制類(lèi)型，一種是電壓控制方式，一種是電流控制方式。電流控制方式開(kāi)關(guān)電源是在電壓控制環(huán)路基礎上又增加電流控制環(huán)路?；驹砣鐖D1- 2（a , b）所示：

　　通過(guò)接入源極， 反饋電阻Rs 去控制電流檢測比較器。Us 為電流檢測電阻壓降， 此時(shí)PWM 比較器為電流檢測比較器。電流控制型通過(guò)檢測電阻來(lái)檢測電流，并且可逐個(gè)周期的限制電流，便于實(shí)現過(guò)流保護。固定頻率的時(shí)鐘脈沖將PWM 鎖存器置位，從Q 端輸出的驅動(dòng)信號為高電平，使功率開(kāi)關(guān)管VT 導通，高頻變壓器一側電流線(xiàn)性地增大。當電流檢測電阻Rs 上的壓降達到并超過(guò)Us 時(shí)，電流檢測比較器翻轉，輸出的高電平將鎖存器復位。從Q端輸出的驅動(dòng)信號變?yōu)榈碗娖?，令開(kāi)關(guān)管關(guān)斷直到下一個(gè)時(shí)鐘脈沖使PWM 所存器置位。電流控制型開(kāi)關(guān)電源具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　?。?）它屬于雙閉環(huán)控制系統，外環(huán)由電壓反饋電路構成，內環(huán)由電流反饋組成，并且電流反饋電路受電壓反饋的控制。與純電壓反饋電路相比，電流反饋電路的增益帶寬更大。

　?。?）對輸入電壓瞬時(shí)變化的響應速度快，當輸入電壓發(fā)生變化時(shí)能迅速調整輸出電壓以達到穩定值。這是因為輸入電壓的變化會(huì )導致高頻變壓器一側電感電流發(fā)生變化，進(jìn)而使Us 改變，無(wú)須經(jīng)過(guò)誤差放大器，直接通過(guò)電流檢測比較器就能改變輸出脈沖的占空比。

　?。?） 電壓控制環(huán)和電流控制環(huán)雙重控制下，可提高電壓調節技術(shù)指標。簡(jiǎn)化誤差放大器補償網(wǎng)絡(luò )的設計。

　?。?） 只要電流保護設定閥值，PWM 電流比較器就會(huì )動(dòng)作，使功率開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，維持輸出電壓穩定。電流控制型本身帶有限電流保護，只需改變Rs 值，即可精確設定限電流閥值。

　　此電流控制型電路也存在許多不足的地方：如電路較電壓控制型復雜，給電路問(wèn)題分析帶來(lái)了困難。當占空比超過(guò)50%時(shí)，高頻變壓器一側電感工作在連續儲能模式，開(kāi)關(guān)電流信號的上升斜率較小，可能造成控制電路工作不穩定，需加斜率補償。對噪聲抑制能力較差，只要在電流信號上疊加較小噪聲，就容易導致PWM 控制器誤動(dòng)作，需增加噪聲抑制電路等。

三、固態(tài)發(fā)射機中開(kāi)關(guān)電源原理及維修

　　以上是開(kāi)關(guān)電源基本原理和控制方式的介紹，結合我們實(shí)際工作中固態(tài)發(fā)射機開(kāi)關(guān)電源控制方式以及理論理解，使我對大功率開(kāi)關(guān)電源原理、整體控制方式有了進(jìn)一步的認識?，F以5kW- 14CH 大功率合放式全固態(tài)電視發(fā)射機直流26V/100A 正激開(kāi)關(guān)電源變換器的工作原理和維修方法來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下，如圖1- 3 所示：

　　輸入電壓220V AC 經(jīng)過(guò)輸入防電磁干擾濾波器，經(jīng)過(guò)整流電路、開(kāi)機浪涌電流啟動(dòng)保護電路和濾波電路，產(chǎn)生280V 左右的直流電壓，供給變換器單元?？刂茊卧妷?、電流比較放大器，PWM 比較器，輔助電源等，它控制一個(gè)雙晶體管正激變換器，從而達到穩定輸出電壓目的，經(jīng)變壓器耦合向負載傳輸能量。

　　對于大功率輸出開(kāi)關(guān)電源變換器，常用還有全橋變換器、半橋變換器等。雙晶體管正激變換器也是一種單端變換電路，它不像半橋、全橋變換器等雙端電路，其變壓器不易飽和，同時(shí)驅動(dòng)簡(jiǎn)單，是大功率開(kāi)關(guān)電源較為理想電路之一。

　　通過(guò)以上簡(jiǎn)單原理介紹，我們就可以對開(kāi)關(guān)電源的檢修有一定的幫助?，F在我以圖1- 3為參考介紹一下開(kāi)關(guān)電源的幾種簡(jiǎn)單維修方法：

　　1、詢(xún)問(wèn)法：根據工作人員在現場(chǎng)發(fā)現的開(kāi)關(guān)電源的異常情況的敘述加以分析，從中分析開(kāi)關(guān)電源的問(wèn)題所在。例如，開(kāi)關(guān)電源輸入功率較大時(shí)，每臺開(kāi)關(guān)電源需要增加風(fēng)冷或者水冷，一般開(kāi)關(guān)電源為風(fēng)冷，當風(fēng)扇出現故障時(shí)，開(kāi)關(guān)電源內部熱量劇增，出現異味，當溫度升至設定保護值時(shí)，開(kāi)關(guān)電源停止工作，無(wú)電壓輸出，停機重啟一段時(shí)間后又重復出現故障。

　　此時(shí)我們可以通過(guò)檢查熱保護功率管散熱元件，看溫升情況，同時(shí)檢查冷卻風(fēng)扇就可以找到問(wèn)題的根源所在。反之如果電壓電流溫升正常應檢查溫控電阻及CW1525 溫控保護電路。

　　從上我們可以知道通過(guò)詢(xún)問(wèn)現場(chǎng)工作人員開(kāi)關(guān)電源的工作狀態(tài)，會(huì )給我們維修帶來(lái)許多珍貴信息，為維修帶來(lái)方便。

　　2、觀(guān)察法：通過(guò)觀(guān)察開(kāi)關(guān)電源的每一個(gè)器件狀態(tài)是否正常，特別是功率型器件是否出現短路、燒爆、及開(kāi)路狀況，我們可以根據不同異常點(diǎn)來(lái)分析判別故障點(diǎn)，從而判斷出開(kāi)關(guān)電源損壞部位。例如圖1- 3 中T1、T2 出現燒爆，我們就可以直觀(guān)分析出雙功率MOSFET 燒壞。此時(shí)可以判別出有以下幾種原因燒壞此管。（1）：雙功率管自身性能變差。（2）：變壓器初級B1出現短路現象。（3）：RCD 緩沖保護電路損壞。（4）：過(guò)流短路保護電路損壞。雙功率管修復時(shí)除了檢查保護電路、變壓器外，還應該檢查雙管柵極驅動(dòng)電路，因為燒壞雙功率管時(shí)短路電流較大，還可能造成其輸入電路的損壞，此時(shí)應檢查輸入整流浪涌保護電路是否完好。通過(guò)觀(guān)察可以迅速判斷開(kāi)關(guān)電源損壞部分，為快速修復開(kāi)關(guān)電源提供直觀(guān)修復方法。

　　3、測量對比法：通過(guò)檢測各點(diǎn)正常電壓加以比較就判別出故障部位。如開(kāi)關(guān)電源無(wú)電壓輸出，此時(shí)各點(diǎn)測量輸入回路電壓、輔助電源。

　　當輔助電源無(wú)電壓輸出時(shí)，CW1525 驅動(dòng)電路無(wú)法工作，開(kāi)關(guān)電源無(wú)電壓輸出，應檢修輔助電源，當輔助電源正常，應檢查CW1525 驅動(dòng)輸出電路， 可采用斷開(kāi)驅動(dòng)柵極方法辨別CW1525 驅動(dòng)電路的好壞，同時(shí)采用分段測量方法檢查雙功率管是否開(kāi)路，重點(diǎn)檢查CW1525 控制電路、熱保護電路、過(guò)壓保護電路等，以上幾種電路中只要有