影响大功率短波调幅发射机功率的因素解析

罗天涯（作者单位：国家新闻出版广电总局）

影响大功率短波调幅发射机功率的因素解析

罗天涯
（作者单位：国家新闻出版广电总局）

摘 要：近十多年来，微电子技术和数字技术的发展，使广播发送技术出现了质的飞跃，其中大功率短波调幅发射机就是电子科学技术化发展的一项体现。无线广播电台利用大功率短波调幅发射机进行信息的接收与发送，为了使听众能够听到高质量的声音，广播电台的技术人员在日常工作中都会努力使设备运行得更加稳定、可靠。但在实际运行过程中经常会因发射机的功率出现一些问题，进而影响发射机的运行技术指标和播出效果。本文针对影响短波调幅发射机功率的相关因素进行分析，旨在提升短波发射机在实际应用上的效果。

关键词：短波调幅发射机；PSM功率模块；高末屏压

在利用大功率短波调幅发射机进行信号传递时，为了反映发射机的工作情况和技术性能，通常要对发射机提出一些要求，以作为设计或使用发射机的依据。但就发射机在功率方面的掌握而言，尚存在一定缺陷，出现功率降低的情况，致使高末屏压不足，使得短波发射机不能维持正常的工作。对此，需要相关人员进行深入研究，找到致使发射机功率降低的因素所在。

1　大功率短波调幅发射机概述

大功率短波调幅广播发射机是振幅调制为基本调制方式的发送装置。这种发射机的射频工作频率在短波波段（3.2～26.1 MHz）。大功率短波调幅发射机主要由激励器、开关电源以及接口电路等主要部件组成。激励器是对射频信号源头的一种表示。对于开关电源而言，其最为重要的作用就是将充足的电源提供给发射机，并且使大功率短波发射机因出现高温高压故障而引发损失的情况尽可能地避免或降低。

2　影响大功率短波调幅发射机功率的因素

目前广播电台使用的大功率短波调幅发射机都使用PSM技术来控制调制电压，然而长期面对高负荷工作，会导致功率模块中的滤波电解电容量逐渐产生降低的情况，电容容量便会出现不足。

2.1IGBT栅极电阻产生的影响

PSM发射机功率模块由低压整流器、IGBT组成的电子开关和空转二极管DF等组成。其中IGBT的组成中涵盖了两只串联的晶体管，两个栅极均具备了场效应管的电压控制特性，对于输出端的晶体管统一称之为开关管，对于输入端的晶体管统一称之为保护管。当功率模块处于一种正常工作的状态中时，开关管能够对IGBT通过开关控制电路实施控制，而保护管一直未维持在导通的状态中。

IGBT能够对PSM功率模块中输出的电压实施控制，同时IGBT具备的开关特性又会因为响应栅极电容的再充电受到控制，栅极电容再充电会从栅极电阻受到控制，外部电阻RG会对IGBT的开关特性实施控制。

IGBT开关管中的输入的电容会在开关期间产生变化，并且会不断进行充电与放电，充放电的时间依据开关管导通与关闭期间因受到栅极电阻RG控制时栅极电流IG脉冲幅值的大小而变化。当栅极电阻RG阻值减小时，栅极峰值电流就会相应增加，而此时导通与关闭的时间就会相应缩短并且会降低开关的损耗。然而这时伴随栅极电阻阻值减小时，大电流切换的速度就会过快，那么就需要对产生的电流上升率di/dt予以一定的考虑。因为栅极驱动电路中会有杂散电感存在，快速导通以及关断开关管就会分别产生较高的dv/dt和di/dt，此时电磁干扰（EMI）也会大幅度增多，进而破坏IGBT的开关特性，也就令功率模块中输出的脉冲电压降低了占空比。

另一方面，如图1IGBT栅极电阻同开关时间关系图所示，栅极驱动电压VG处于同一时间宽度下的时候，当栅极电阻的阻值在28 Ω时，IGBT导通的时间为1.2 µs，而当栅极电阻的阻值在5 Ω时，导通的时间为0.4 µs，可见随着阻值的增加，导通的时间也会相应的变长，导致出现了较高的占空比。

图1　IGBT栅极电阻同开关时间关系图

在实际应用的过程中，对栅极电阻的要求一般为非谐振并且温度系数较小的电阻，此外，还建议对电阻之间进行并联处理。根据图1中的数据可以发现，当处于同一时间宽度的栅极驱动电压VG环境下，栅极电阻的取值增加时，占空比就会升高，导致IGBT功率模块中输出的电压值相应也会升高。

图2　DF500A国产短波发射机功率模块采用的开关状态检测电路

图3　基准电压馈电电路

2.2开关状态检测电路产生的影响

在每个功率模块上均会受控于两条光缆，其中的一条光缆能够对循环调制器中发出的“合”“断”指令信号进行接收；而另外一条光缆能够对这个功率模块工作的正常与否进行信息的传递。而开关状态监测电路能够实现对功率模块工作是否正常进行检测，图2即为其工作的原理图。

从图2可以知道当开通了保护管之后，保护管的输出端也就是A点所在的发射极，获得的输出电压将达到550 V。此处的电压会通过压控振荡器AD654外围处的电路CR1、R11、R12以及功率模块上的电阻R13（204 kΩ），进而构成回路。图中的电压Vin就是电阻R11与R13在550 V电压中获得的分压，假如将A点当作参考点，那么Vin将是一个负的电压，那么计算下面的频率时，就需要加绝对值符号添加上：

通过相关平台的测试可以发现使用原有的工程模块以及控制板时测量并计算出Vin的值为-3.2 V，当采用了新的功率模块以及控制板时，测量并计算出Vin的值为-3.9 V，这种结果就会令AD654输出的矩形波频率fout从32 kHz上升到39 kHz。光发送器HFBR1521的发光依据就是AD654中输出的矩形波电压以及频率的变化规律，然后通过光缆将信号传输给光接收器HFBR2521。

从图3可看出，555电路会直接受到光接收器HFBR2521中输出矩形脉冲的控制。而555电路在图中被连接成了单稳态的触发器，可以通过负脉冲触发，在555电路中输出的高电平脉冲的宽度大致为11 µs，并且要求输入端中触发负脉冲的宽度一定要比输出端低，电容330 pF与电阻3.3 kΩ共同组成而来微分电路。依据图3可知，当外电升高时，就会令功率模块中整流输出的电压相应上升，甚至会超过额定的550 V，当Vin绝对值升高以后，就会令AD654中输出的

矩形波脉冲频率f out相应升高，进而令传送到图2中HFBR2521里的光信号频率升高，最终令555电路输出状态信号中脉冲电压的平均值升高；而若是外电压降低，就会令555电路中输出状态信号脉冲电压平均值降低。48路555电路输出状态信号在进行了汇总之后，会经过二阶有源低通滤波器滤波，视为一个基准的电压，将其增加到48个比较器的同相端，进行A/D之间的转换。假使将升高555电路输出状态信号的平均电压，就会导致基准的电压随之升高。

从上述的分析中可以获知，外电电压同额定的电压相比若出现了偏高或偏低的情况，图2中输出的基准电压就会以外电压升级的比例进行升降；但是因为控制载波的信号是从自稳压电源中获取到的，所以通常情况下是不会同外电压升降的比例进行升降的。那么这种情况下，如果外电压升高，就会向少合PSM功率模块的方向倾向；反之若是电压降低，那么就会向多合PSM功率模块的方向倾向，继而使发射机高末屏压能够自动调整到或接近额定的数值。

本研究开始做的实验是固定外电电压的情况下对开关状态检测电路模块中电阻值从高值将为低值时，依据R13与R11之间对电压进行分压的关系，使得开关状态检测电路中取样电压Vin得到绝对值的升高，进而令压控振荡器AD654中输出的脉冲频率相应地升高，紧接着图2中555电路中输出的电压也随之升高，进而基准电压也随之升高，导致PSM功率模块向少合的方向倾向，最后使得发射机高末屏压出现不足的问题。

3　结语

通过上文的分析与研究，可以清楚地了解到影响大功率调幅广播发射机输出功率的主要原因。本文以短波发射机在实际的运行维护中经常出现的问题为依据，提出了栅极电阻与开关状态检测电路这两个方面对功率造成的影响，对此维护人员在PSM功率模块上机前要严格按要求进行检查和试验，为大功率短波调幅发射机的正常运行与工作提供保障。

参考文献：

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