全固态中波发射机维护经验和典型案例浅谈

曾广平

（作者单位：广东省广播电视技术中心五二二台）

全固态中波发射机维护经验和典型案例浅谈

曾广平

（作者单位：广东省广播电视技术中心五二二台）

文章以哈里斯公司的3DX 50发射机为例，立足于广东省广播电视技术中心五二二台十多年实践和经验，分析全固态发射机特点，总结全固态发射机的运行维护经验，并简单介绍了广东省广播电视技术中心五二二台维修、改造3DX 50发射机的几个典型案例，为其他台站技术人员提供参考。

全固态；日常维护；典型案例；3DX

2004年起，广东省广播电视技术中心五二二台陆续安装了美国哈里斯公司的DX100、DX200、3DX50，北广厂的ZF50A，哈广厂的DAM50等全固态中波发射机，这些发射机稳定性好、指标优良、效率高、启动快、工作频带宽，比上一代发射机优胜许多。虽然厂家、型号有所不同，但这些发射机的使用和维护经验区别不大，故障现象也有类似之处值得参考。下面以3DX50发射机为例介绍广东省广播电视技术中心五二二台关于全固态发射机的维护经验。

1 全固态发射机的特点

固态指的是固态电子元件，它由固态的、不动的材料所构成，其内部的电流载子也在这些固态材料中流动，如二极管、三极管和场效应管等。用固态电子元件组成的放大、控制电路替代电子管等器件，并将发射机调幅过程数字化的结果就是全固态发射机，这个名称是相对电子管发射机而言的。

固态电子元件的使用令发射机进入高度集成化、数字化、智能化和网络化成为可能。50 kW发射机从占地二三十平方降到了3 m2，大大节省空间；各种固态保护电路的反应速度更快、更精确可靠；数字幅度调制的引入保证了发射机的高效率、高指标和高稳定性；实时操作系统、CPLD等软硬件的综合使用提高了发射机的智能程度和人机交互友好度，系统会自动调整播出状态，不仅确保“全功率，满调制”，也会将故障信息存储起来，帮助技术人员定位故障；热插拔技术使发射机能够在播出中更换功放模块；功率合成技术的使用，提高了发射机输出冗余度，将故障风险分散化，个别模块的故障不影响正常播出。

2 全固态发射机的日常维护

全固态发射机和电子管发射机的区别最显著地体现在维护和使用的改变上。

首先，全固态发射机集成度高，各种布线、引脚非常密集，灰尘的积聚让元件散热没有保障，高压信号也会出现拉弧打火等现象。固态电子元件和电解电容等器件的寿命和工作状态都对温度敏感，特别是电解电容，工作温度每升高10℃，工作寿命就会减少一半。所以，全固态发射机对机房环境清洁度、温度和湿度的要求很高了，无尘恒温才是它们与生俱来的生存环境。其次，全固态发射机的调制元件是工作在开关状态的场效应管，对电源、天馈阻抗的稳定性要求高，不再是电子管那么“吃苦耐劳”，这要求我们改善电能质量，调整天馈系统。最后，全固态发射机控制、取样、保护等电路详尽、繁复了很多，这要求维护人员经常性地检查，校正各个电路是否运行正常，参考值是否符合标准，确保功能正常。

简单地说，采用固态电子元件提高集成度，引进数字幅度调制技术后，全固态发射机效率高、指标好、稳定性好，但对温度、湿度、灰尘敏感，抗电压浪涌能力差，抗雷击能力差。维护、维修工作需要更新方法和思路，主要有如下四点经验。

2.1 完善设备运行环境

全固态发射机对环境要求高，要切实做好发射机维护工作，设备环境的维护首当其冲。这就要求我们摒弃电子管发射机的粗放式的维护思路，提高机房管理水平，做好防尘降温除湿，提高设备运行环境质量。运行环境不好，会对发射机造成不少隐患。广东省广播电视技术中心五二二台引进第一台3DX50全固态发射机的时候，机房还没有完成改造，属于敞开式风冷机房，这台3DX50发射机在临时机位使用了一年多之后才搬到改造完成的封闭式发射机房，使用了几年之后故障频发。我们分析这些故障后，发现源头都是曾经恶劣的设备环境引起的。

2.2 做好技术资料的保存和更新工作

全固态发射机集成度和智能程度高，意味着即使体积小了，但是蕴含的电路反而更多了。操作系统中有各种参数设置，各电路板上的保护电路、调整跳线、拨码开关也非常多。这需要我们认真保存和更新发射机的各种技术资料。例如，出厂参数表、系统设置值、射频链路各点阻抗、各个基准电平、各个关键检测点的电压波形、历次维护维修的记录及改造的图纸。这些资料就是我们确保全固态发射机正常工作的基础。

2.3 制定和执行周期维护检修表

周期维护检修表是发射一线人员熟悉的，日常维护工作都是围绕它展开。随着全固态发射机替换电子管发射机，维护内容、维护方法及维护维修使用的工具都有所区别，周期维护检修表也要随之增减内容，并根据实际工作中出现的新情况不断完善。之所以特别指出维护方法不同，是因为全固态发射机更像一台电脑，各种信号数字化、归一化后输入CPLD、FPGA等控制芯片内部进行处理，处理结果在仪表上显示，并直接控制电路，决定发射机的工作状态（功率水平、调制度、指标和电路保护），这与电子管发射机完全是两回事。此外，设备运行环境完善后，发射机运行整洁度得到保障，运行非常稳定。但它工作良好与否，更大程度决定于众多板块的取样、同步、保护和控制等电路正常与否，维护工作将注重定期检查、测量，避免参数不正确带来实际功率下降、指标不达标、保护电路失效等情况。

2.4 针对不适应实践的情况进行改良、改造

任何设备，不论多么先进和稳定可靠，总有一些设计上的薄弱环节或者使用中出现的缺陷，给安全播出和设备维护工作带来威胁。对此，我们无需迷信厂家，而是应该大胆创新，小心求证，对其进行改良和改造，消除薄弱环节，从源头排除故障。即使是先进的美国哈里斯发射机，我们也已经进行了多次技术改造，如母板、滤波板和合成环的连接方式、12V电源等。

3 全固态发射机维护的典型案例

在3DX50发射机的使用过程中，我们处理了不少故障，积累了一些经验，比较突出的有如下几种。

3.1 接触不良问题是3DX发射机出现最多、最严重的问题

射频链路存在多个危害播出安全的接触不良类型的隐患，是发射机设计中元器件的选取不当导致的，应当尽快进行改造。射频链路中存在大量电感电容器件，链路中出现接触不良或者断开的点，就会在该点产生非常高的电压，产生拉弧打火现象。射频链路中连接器的选取，可靠性比便利性更重要。

3DX发射机在射频链路中大量使用了插拔式连接器件，功放模块通过金手指插座连接在母板上，母板通过多排的香蕉型插头连接在滤波板上，滤波板通过针形排线接插件连接在合成变压器上，如图1所示。金手指接插座、香蕉型接插头等插拔式连接器都是依赖于弹性金属件的接触面进行电流电压的传递，它们带来了在线快速更换故障件的便利，但也带来了金属弹性减弱或者消失后引发接触不良的问题。

图1 模块母板滤波板连接示意图

3DX50母板和滤波板之间的香蕉型接插头由三个部件构成：一个直径4 mm的空心的插座，一个直径2 mm的实心的插头，还有一个金属薄片压制成两头密闭中间分成四瓣鼓起的空心金属管。这个金属管负担着插头与插座的定位连接和载频频率的600 V、10 A左右的电流电压的传递，在长期的工作温度和形变压力的双重作用下会发生改变性状、丧失挤压接触的功能，造成接触不良的情况。广东省广播电视技术中心五二二台出现过由于香蕉型接插头弹片弹性失效，引发拉弧打火，导致对应的场效应管炸裂，并殃及母板控制线路的接口，放电能量冲击到调制编码板、D3板、激励器等部件，导致它们的通讯芯片失效，损失严重。后来我们进行了针对性的改造，将原来香蕉型接插头清理出来，改用铜螺丝、铜螺杆进行连接，杜绝了香蕉头接触不良带来的影响，我们将情况反馈到哈里斯厂，厂家也采取类似改造思路对发射机进行改良。

此外，射频链路中其他地方存在类似问题，功放模块与母板连接的金手指接插座的接触不良导致系统检测不到功放模块的存在，滤波板与合成变压器的针形排线接插件的接触不良导致发热、变色、氧化，严重的甚至已经焊接在一起。这两个故障也是我们对3DX50发射机进行改造的项目。

3.2 设计中冗余量不足导致个别故障反复出现

这种设计缺陷对安全播出的危害比上面的稍低，但也属于应当尽快解决的问题。这方面主要有12 V故障以及功放模块同一故障反复出现。

3DX发射机的+12 V电源设计有点特别。在待机时，它负责供给所有功放模块以及各个控制板，功放模块中+12 V的能耗大户+VA通过12 V供给，此时12V电源总电流约15 A；在播音时，+VA转为通过+210 V供给，此时12 V电源总电流不足1 A，如图2所示。这种设计是基于全天不停机播音无人值守使用设计的，而且在整个12 V供电线路中，各种接插件没有按照待机负载进行选取。接插件电流冗余量的不足和国内中波台每天开关机的使用习惯，导致12 V输出排线及保险丝都严重发黑，并导致链路中接触电阻增大，出现12 V过低的情况。我们针对这样的情况改造了保险丝以及输出连接方式，完善操作规程。

图2 功放模块12V供电示意图

广东省广播电视技术中心五二二台3DX50发射机的功放模块故障情况有些奇怪，90%都是作为负半周桥底端的场效应管Q5/Q7以及对应的保险丝损坏，其他6个管正常。这些都是耐压500 V 的IRFP22N50场效应管，按原型号更换维修，之后仍有较大概率的故障重现。统计故障情况，我们发现故障模块集中出现在模块开通次序的中间部分，属于频繁开通/关闭转换的。分析故障原因，功放模块对应的合成变压器L在关闭状态会产生感应电压，由关闭状态转至开通状态时这个感应电压会全部加在Q5/Q7上，如图3所示。场效应管Q5/Q7的耐压冗余量不满足工作状态转换时产生的感应电压，或者说300 V的工作电压设置使功放模块在工作转换状态时产生的自激电压超出了500 V，造成Q5/Q7反复击穿。我们将Q5/Q7更换为耐压600 V 的IRFP22N60后故障不再反复出现。

3.3 风道设计不完善，元件散热不良引发元件故障

3DX发射机共有3个机柜，只有中间的功放机柜后方有一个风机向机箱鼓风进行冷却。风从功放机柜两侧的窗口为左右的电源柜和输出柜送风散热，最后从发射机顶部吹出，如图4所示。图中电感L4和云母电容C4串联成为3DX50发射机输出网络中三次谐波的陷波网络，也是π型阻抗变换的第一分流脚，是整个输出网络中热效应最高的。但这两个元件并没有布局在上述的风道中，工作时L4表面温度高达60℃，C4表面温度也达到55 ℃（环境温度20 ℃）。过高的工作温度导致云母电容寿命减少，工作不稳定。通过在窗口添加弯道的方式改变风道，有效降低了L4/C4的温度。

图3 功放模块工作状态转换示意图

图4 电源柜风道示意图

4 结语

先进的技术手段和设备不断加入到广播一线，以技术力量弥补人的不足。但不论科学技术怎样发展，设备运行维护还是需要运行维护技术人员的力量。这要求广播台站技术人员不断学习，加强经验交流，提高业务水平，适应时代发展。因此，本文总结了全固态发射机的维护经验，介绍了一些典型案例以及解决办法，希望给其他技术人员有所帮助。

魏瑞发.数字化调幅发射机[J].北京:国家广播电影电视总局无线电台管理局,1999:10.