全固態(tài)電視發(fā)射機(jī)中的高性能開關(guān)電源設(shè)計

　　全固態(tài)發(fā)射機(jī)，除了信號指標(biāo)的提升外，體小量輕、高效低耗、積木式結(jié)構(gòu)維護(hù)簡單是它的顯著優(yōu)點(diǎn)，其供電方式采用六只26V/100A 開關(guān)電源分別為六路末級功放供電。開關(guān)電源是整個發(fā)射系統(tǒng)的能量保障，本文介紹開關(guān)電源分類、工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)以及維修方法等。

　　一、開關(guān)電源按照控制原理可以分為四類

　　1、脈沖寬度調(diào)制（簡稱PWM、即脈寬調(diào)制）式：工作方式為開關(guān)周期為恒定值，通過調(diào)節(jié)脈沖寬度來改變占空比，實現(xiàn)穩(wěn)壓的目的。

　　2、脈沖頻率調(diào)制（簡稱PFM, 即脈頻調(diào)制）式：工作方式為脈沖寬度為恒定，通過調(diào)節(jié)開關(guān)頻率來改變占空比。

　　3、脈沖密度調(diào)制（簡稱PDM,即調(diào)密制）式：其特點(diǎn)工作方式是脈沖寬度為恒定，通過調(diào)節(jié)脈沖數(shù)實現(xiàn)穩(wěn)壓的目的。這種調(diào)制方式需采用零電壓技術(shù)，能顯著降低功率開關(guān)管的功耗。

　　4、混合調(diào)制式（即脈沖寬度調(diào)制和脈沖頻率調(diào)制兩種方式相結(jié)合）開關(guān)周期和脈沖寬度都不固定，均可調(diào)節(jié)。

　　以上四種方式統(tǒng)稱為"時間比率調(diào)制"（即TRC 方式）。其中脈沖寬度調(diào)制方式技術(shù)最為成熟，應(yīng)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(diào)制。

　　二、開關(guān)電源的工作原理及其性能

　　以上四種調(diào)制方式以脈沖調(diào)寬開關(guān)電源在實際應(yīng)用中最為廣泛?；緲?gòu)成如圖1- 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(shù)十KHz 或數(shù)百KHz的高頻方波或準(zhǔn)方波電壓控制功率開關(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(diào)制器驅(qū)動功率開關(guān)管的占空比。從而可以得到穩(wěn)定的輸出電壓。

　　通過以上介紹我們基本了解了開關(guān)電源的分類及其脈沖寬度調(diào)制類型的基本構(gòu)成。但在實際運(yùn)用中，PWM 制式開關(guān)電源有兩種控制類型，一種是電壓控制方式，一種是電流控制方式。電流控制方式開關(guān)電源是在電壓控制環(huán)路基礎(chǔ)上又增加電流控制環(huán)路?；驹砣鐖D1- 2（a , b）所示：

　　通過接入源極， 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PWM 比較器為電流檢測比較器。電流控制型通過檢測電阻來檢測電流，并且可逐個周期的限制電流，便于實現(xiàn)過流保護(hù)。固定頻率的時鐘脈沖將PWM 鎖存器置位，從Q 端輸出的驅(qū)動信號為高電平，使功率開關(guān)管VT 導(dǎo)通，高頻變壓器一側(cè)電流線性地增大。當(dāng)電流檢測電阻Rs 上的壓降達(dá)到并超過Us 時，電流檢測比較器翻轉(zhuǎn)，輸出的高電平將鎖存器復(fù)位。從Q端輸出的驅(qū)動信號變?yōu)榈碗娖?，令開關(guān)管關(guān)斷直到下一個時鐘脈沖使PWM 所存器置位。電流控制型開關(guān)電源具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　?。?）它屬于雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，外環(huán)由電壓反饋電路構(gòu)成，內(nèi)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。

　?。?）對輸入電壓瞬時變化的響應(yīng)速度快，當(dāng)輸入電壓發(fā)生變化時能迅速調(diào)整輸出電壓以達(dá)到穩(wěn)定值。這是因為輸入電壓的變化會導(dǎo)致高頻變壓器一側(cè)電感電流發(fā)生變化，進(jìn)而使Us 改變，無須經(jīng)過誤差放大器，直接通過電流檢測比較器就能改變輸出脈沖的占空比。

　　（3） 電壓控制環(huán)和電流控制環(huán)雙重控制下，可提高電壓調(diào)節(jié)技術(shù)指標(biāo)。簡化誤差放大器補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。

　?。?） 只要電流保護(hù)設(shè)定閥值，PWM 電流比較器就會動作，使功率開關(guān)管關(guān)斷，維持輸出電壓穩(wěn)定。電流控制型本身帶有限電流保護(hù)，只需改變Rs 值，即可精確設(shè)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(fù)雜，給電路問題分析帶來了困難。當(dāng)占空比超過50%時，高頻變壓器一側(cè)電感工作在連續(xù)儲能模式，開關(guān)電流信號的上升斜率較小，可能造成控制電路工作不穩(wěn)定，需加斜率補(bǔ)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(dǎo)致PWM 控制器誤動作，需增加噪聲抑制電路等。

三、固態(tài)發(fā)射機(jī)中開關(guān)電源原理及維修

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

　　輸入電壓220V AC 經(jīng)過輸入防電磁干擾濾波器，經(jīng)過整流電路、開機(jī)浪涌電流啟動保護(hù)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，它控制一個雙晶體管正激變換器，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓目的，經(jīng)變壓器耦合向負(fù)載傳輸能量。

　　對于大功率輸出開關(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，同時驅(qū)動簡單，是大功率開關(guān)電源較為理想電路之一。

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

　　1、詢問法：根據(jù)工作人員在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的開關(guān)電源的異常情況的敘述加以分析，從中分析開關(guān)電源的問題所在。例如，開關(guān)電源輸入功率較大時，每臺開關(guān)電源需要增加風(fēng)冷或者水冷，一般開關(guān)電源為風(fēng)冷，當(dāng)風(fēng)扇出現(xiàn)故障時，開關(guān)電源內(nèi)部熱量劇增，出現(xiàn)異味，當(dāng)溫度升至設(shè)定保護(hù)值時，開關(guān)電源停止工作，無電壓輸出，停機(jī)重啟一段時間后又重復(fù)出現(xiàn)故障。

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

　　從上我們可以知道通過詢問現(xiàn)場工作人員開關(guān)電源的工作狀態(tài)，會給我們維修帶來許多珍貴信息，為維修帶來方便。

　　2、觀察法：通過觀察開關(guān)電源的每一個器件狀態(tài)是否正常，特別是功率型器件是否出現(xiàn)短路、燒爆、及開路狀況，我們可以根據(jù)不同異常點(diǎn)來分析判別故障點(diǎn)，從而判斷出開關(guān)電源損壞部位。例如圖1- 3 中T1、T2 出現(xiàn)燒爆，我們就可以直觀分析出雙功率MOSFET 燒壞。此時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(xiàn)短路現(xiàn)象。（3）：RCD 緩沖保護(hù)電路損壞。（4）：過流短路保護(hù)電路損壞。雙功率管修復(fù)時除了檢查保護(hù)電路、變壓器外，還應(yīng)該檢查雙管柵極驅(qū)動電路，因為燒壞雙功率管時短路電流較大，還可能造成其輸入電路的損壞，此時應(yīng)檢查輸入整流浪涌保護(hù)電路是否完好。通過觀察可以迅速判斷開關(guān)電源損壞部分，為快速修復(fù)開關(guān)電源提供直觀修復(fù)方法。

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

　　當(dāng)輔助電源無電壓輸出時，CW1525 驅(qū)動電路無法工作，開關(guān)電源無電壓輸出，應(yīng)檢修輔助電源，當(dāng)輔助電源正常，應(yīng)檢查CW1525 驅(qū)動輸出電路， 可采用斷開驅(qū)動?xùn)艠O方法辨別CW1525 驅(qū)動電路的好壞，同時采用分段測量方法檢查雙功率管是否開路，重點(diǎn)檢查CW1525 控制電路、熱保護(hù)電路、過壓保護(hù)電路等，以上幾種電路中只要有