全固态中波发射机调制功放插拔单元的温升控制

林晓斌

华侨大学信息科学与工程学院、福建省广播电视传输发射中心泉州401台，福建 泉州 362000

0 引言

目前我国使用的中波发射实验机大部分是上海明珠广播公司生产的全固态发射机。在平时的研究工作学习中，笔者发现TS-03C型机器插拔单元故障率较高，该机的调制功放工作单元采用的插拔结构通过一个20芯或28芯的插座与其实相关电路相连，随着这几年的跟踪检修维护，笔者发现各个插拔单元的外部的插头、插座和内部的功放器件的温升问题是一个很重要影响因素，本文着重通过对调制功放插拔单元的内外部分析探讨因温升问题造成的影响，并提出解决方案应对存在的问题。

1 调制功放插拔单元系统介绍

调制功放单元分为调制部分和功放部分，调制器接受来自调制推动器输出的推动脉冲，调制管工作于开关状态，输出是脉宽调制的矩形波，频率是72KHZ，经过低通滤波器，滤除72KHZ及其谐波，输出是叠加有音频信号的直流电压，作为高频功率放大器的工作电源。功放部分是接受来自调谐回路输出的正弦波射频激励电压，工作于丁类开关放大状态，输出是幅度调制的射频方波信号。其内外结构特点如下：

1）外接部分（如图1）

图1

（1）其在原理图中标识为7×S；

（2）2、3、4脚接功率合成变压器7A1-1上端，16、17、18脚连到7×S2-2、3、4端；

（3）6、7、8、9脚并联接地，20、21、22、23脚接-140V；

（4）10脚送一联锁检测信号到1×S1-3，11脚与其它功放对应引脚构成串接回路；

（5）12脚MD封锁信号输入端，并接其它功放小盒的相应引脚：

（6）13、14脚为调制推动信号输入端；

（7）24、25脚为从调谐回路来的载频信号输入端；

（8）26脚为+24V输入端，27脚为+18V输入端；

（9）28脚为电源接地端。

2）内部功放管分布

IRF250在印刷电路板中的结构布置图如图2。

图2

2 温升故障分析

在平时的检修维护过程中，调制功放单元是一个比较频繁动作的单元，故障率较高，外部的问题来自于插头和插座，频繁的动作摩擦，加上内部弹片温升，极有可能带来弹片接触电阻的升高与接触不良引发相关故障。

调制功放后面的插头和插座是一种插入式的结构形式。插头和插座是通过接触弹片连接同时起到了导通电路、形成并维持接触弹片接触面的压力、形成稳固的接触的作用。插销插人弹性的插套内标准触头由合金做成，然而不论是何种金属涂层，其上均会附着一层诸如氧化物之类的化学物质，造成接触面变形。其结果将导致给压缩电阻额外加上一个电阻。从整体上来讲，电阻值还是升高了，原因是氧化膜的存在减小了金属接触面的面积。不同插头插座在不同接触电阻和电流作用下的最高温度。另外，为了使触头的接触电阻不会太大而引起温升的提高， 所以必须有足够的触头压力，但如果触头压力过大会造成插头插座的插拔力大，操作不方便。

其次，中波固态发射机功放器件主要采用丁类放大器中常用的IRF250型号的场效应（MOS） 管。这些管子的工作特点是多数载流子参与导电，热稳定性较好。但同时也存在大多数晶体管电流随温度的改变而成非线性变化的特性， 比如；IRF250 在25℃时候最大漏极电流Idss为16A，但到100 ℃ 时Idss就变为10A ，由于温度的变化，管子的工作状态就会不稳定，从而影响整机性能。另外，TS-03C型固态发射机内部都采用模块化布局，结构紧凑，散热相对空间较小，同时又使用大量集成电路，功放单元的温度变化，对于半导体器件寿命的影响和增加维护费用非常重要。再者，功放管周围存在较多的贴面电阻、电容和电感器件发热量比较大，很容易造成温升超标。以致影响功放单元的技术参数和造成功放模块间的不平衡，引起连锁反应，增大器件损坏的面积。

因此，既要保证设备能满足各方面的要求，又不能对已有的设备的结构、电路原理做太大的改动以致影响设备的性能和外观，就成了设计者必须考虑的问题。

3 温控实施方案

3.1 注意插拔单元的外部风冷系统的安全可靠性

目前全固态中波发射机大都采用强迫风冷方式，要求风流量为100m3/min。发射机内部有许多风槽，风槽壁上有许多小孔，小孔的位置对准功放模块的散热片，气流通过小孔吹到散热片上，将功放模块产生的热量带走，起到降温冷却作用。由于空气中含有灰尘，灰尘会吸附在风槽小孔的四周，随着发射机工作时间的增加，吸附的灰尘会越聚越多，而且会吸附在功放模块和元器件线路之间的表面，如果不及时处理，会导致故障，严重影响发射机的安全运行。所以通过以下措施加强风冷滤尘系统的可靠性。

首先，将单风机系统改为1+1主备式的风机系统；其次，保持所有风机清洁，无尘，无其他可能限制气流的各部部件。安装空调设备控制机房温度。定期检修除尘防止灰尘积聚。再者，要密切注意风机的运行状况，定期清洗轴承，加强电机的电气维护，每周检查风机运行、风接点的清洁情况，每半年利用水平仪调整电机轴与风机的水平性。最后，通过值班人员定时巡机测量机器出风口的温度，对风口的温度进行比较，发现温度过热原因及时查明。通过以上措施保证风冷系统工作的可靠性。

3.2 注意插拔单元插件的维护

调制功放盒后面的插拔部分的稳定可靠直接影响到接触电阻的大小，要解决这一问题，当然先要从选材上考虑，不同合金材料其导电导热效果不一样，选用越好的合金导电导热的效果会更加明显，但是另选好的合金对用户来说是不可取的，因为机器都是厂家装配好的，我们不可能进行很大的结构性的改动，所以，在平时的检修中通过加强巡机巡查，注意机器的参数变化来加以注意。

另外，触头温升是插拔单元要注意的另一个影响因素，它是由于触头电极接线端的热传导引起的，因此控制温度是一个关键的因素。接触电阻在1Ω～2Ω时，10A 的插头通过4倍的额定电流，16A插头通过两倍额定电流，就会对插头插座产生较大破坏。接触电阻在10Ω上时，只要通过两倍的额定电流就会瞬间对插头插座产生很大的破坏，并且在短时间内达到300℃～400℃甚至500℃以上的高温，这样的温度可以引燃大多数可燃物，具有极大的火灾危险性。笔者曾经看过因为插件的触头弹片的弹性失效，引起了电路接触不良烧坏了电路板的故障，影响了发射的效率，因此必须加以重视。

3.3 有条件地使用单片机温控电路

发射机在工作过程中，发射机内部的温度是随机器工作状态变化的，而外部空调的制冷风量与温度基本是恒定的，不能进行智能调节，降温效果不理想，随着科技的发展，目前的单片机的温控电路很多，我们可以选择适合的单片机进行温度控制，笔者通过模拟实践发现利用温敏Z元件并结合本地的南方气候特点进行温升控制是一可行性方案。原理图见图3。

图3

3.3.1 电路构成

1）温控器的核心部件温控器使用具有4K存储容量的可擦写的单片机AT89C51，它负责程序管理、运行、感温信号的接收、功率开关的接通与关断以及存储设置温度、温度循环程序等。该芯片无A/D变换器，工作在睡眠方式。

2）LCD一显示屏该屏能显示时间、现场温度、设置的温度在一天中的分布等；

3）R～继电器电路；

4）CS一控制开关电路；

5）SET一设置电路；

6）CP一时钟脉冲产生电路；

7）电源电路，电源电路为z.元件线性频率发生器提供工作电压，电压值可在9V～14V之调整，电源还提供了为MCU单片机供电的+5V电压；

8）线性频率发生器电路。

图4

3.3.2 工作原理简介

1）z-元件感温线性频率发生器

该电路由脉冲发生器和整形电路构成。脉冲发生器由电源E、R1、C1、Z-元件构成，脉冲信号为前沿锯齿波信号。用MOS反相门整形是为了使前沿的上升时间0由几百微秒下降为小于1μs，下降时间也由几微秒下降为小于1μs。同时，信号的高电平VOH、低电平VOL都是与单片机良好配合的MOS电平。

该信号的频率f 随着Z一元件的阈值电压Vth的变化而改变，Vth是一个对温度非常敏感的参数，且有负的温度系数，频率f为正的温度系数。

在5℃～35℃的范围内信号频率.f（Hz）与温度T℃的关系符合下式

式中，T—被测温度（℃）；

f—时的振荡器频率[Hz]；

f0—5℃时的振荡器频率1000Hz；

SF一振荡频率的温度灵敏度[Hz/℃]，

单片机通过片内计数器对感温信号的频率进行计数，用存入片内的式中计算出当前的温度，该温度等于设置温度时，其输出控制线Va、Vb输出另外一组控制信号，图4为其信号电平时序图。我们将此该单片机置入到发射机功放内部，采集感温信号，将输出控制线接入到空调机内上，根据发射机内部的温度情况，科学改变空调的出风量，达到良好的降温效果，保证内部工作温度维持在预置温度上，达到明显的温控目的。

4 结论

随着科学技术的发展，功放的功能越来越多，元器件的集成化、智能化的程度越来越高，温升的来源也会更广泛更复杂，以上方案是笔者通过多年实践工作的一些思考，只是对于温升控制技术在发射机中应用的一次初探。因笔者水平有限，文中不当之处，愿和大家共同学习探讨，为我国的中波发射事业贡献一份力量。

[1]周长恩，付云鹏，张靖环，王建林.z一半导体敏感元件原理与应用(2)一z一元件的研制实践与工作机理的定性分析[J].传感器世界，2001，4.

[2]TS-03C 3KW全固态PDM中波广播发射机技术说明书.上海明珠广播电视科技有限公司.

[3]张丕灶，等编著.全固态脉宽调制中波广播发射机.