功率模块故障探析、处理.docVIP

功率模块故障的分析、处理 　　【摘 要】 本文对DF100A发射机功率模块中IGBT（绝缘门双极晶体管）的开关管控制作了介绍，就开关管的过载保护原理及过程进行了阐述，并就模块控制电路中的同步电路以及失步保护原理进行了说明。针对安全播出中遇到的功率模块故障，结合前述的模块IGBT控制原理进行了清楚地分析，阐明了处理功率模块故障时的综合判断方法和分析思路 【关键词】 功率模块 过载保护 失步保护 1 故障现象 我台DF100A型PSM发射机功率开关模块出现过一起故障，故障现象为：加高压后机器工作状态正常，高末屏压48个功率模块全部工作正常，9单元状态板上48个开关状态指示灯也全部亮，当播音时节目开始曲响起，9单元状态板上48个开关状态指示灯就有一个熄灭，查看发现，相对应模块上的输出指示灯也熄灭，直到播音结束。下次重新开机播音时，又出现上述现象。查找故障原因时，加高压逐步加调幅，直到调幅度达到100%才出现上述现象。加高压不送调幅试机，无上述现象 2 故障的分析、检查 分析功率模块工作情况，出现这个故障现象前后，发射机工作情况的变化为载波状态和调制状态。对单个功率模块来说，有调、无调和调幅度的大小都不影响其输出电压，只影响其输出电流。48个功率模块是串联的，所以PSM调制器输出的电流必然流过每个功率模块。每个功率模块中的电流有两个通路，当开关管导通时，电流流过开关管，当开关管关断时，电流流过空转二极管。在载波情况下，流过开关管或空转二极管的峰值电流就是被调极电子管的屏流IaoT。有调幅且m=100% 时流过开关管或空转二极管的峰值电流就是被调极电子管的屏流IaoT的2倍，即Iao =2IaoT。实际工作中，载波时被调极电子管的屏流约为8.5A-9A，也就是说载波时和m=100% 调制时流过开关管或空转二极管的峰值电流分别是8.5A-9A和17A-18A。（如图1所示） 根据故障现象判断，该故障因和过流保护有关。在功率模块中，和电流有关，因过流而实施保护措施的只有过载保护拾电镍阻丝，该电阻丝由4根并联而成，开关管发射极经由此电阻丝到负载。DF100A发射机中该电阻丝每根标称值是0.1Ω，4根的总阻值为0.025Ω，在正常情况下该电阻丝相当于短路，当过载电流达到30A时保护动作，相对应的保护控制电压为0.75V。这时开关管控制电路中光电耦合管U14二极管发光，使它的三极管饱和导电。U14的三极管集电极就由截止时的高电平翻转为饱和导电时的低电平，这个低电平脉冲输入到定时器U10的8号端，使它的9号端输出高电平，此高电平经三级非门转变为低电平，送到开关管门极，使对应的开关管拉开，防范了过载事故。其中U10输出高电平的延时=1.1RC=1.1×47×103×10×10-6=517ms 而此故障可以排除过载的情况，因为如果过载不会只有一个模块实施过载保护，其他的却正常工作，分析后认为是故障模块拾电镍阻丝有故障。取下故障模块，检查该模块镍阻丝发现有一根从一头的焊点处断开，使原来的4根并联变成3根并联。从理论上计算拾电电阻阻值就由0.025Ω增大为0.033Ω，这样，当流过的电流到23A时拾电电压达到0.75V的保护控制电压，使保护动作。但实际工作中，正常情况下m=100%时流过模块的电流约在17A-18A之间，与23A相比还有一定差距，应是实际阻值和理论阻值相比有变化。处理中实测单根电阻的阻值，都在0.12Ω-0.14Ω之间，并不是理论上的0.1Ω。这样的话，3根并联的阻值就不是0.033Ω，而是在0.04Ω-0.047Ω之间，这使得流过模块的电流在18.75A-15.96A之间时，过载保护即动作，拉开开关管 我台这部机播出的是对外节目，其开始曲开始时的信号较大，通过示波器观察（音频衰减器在正常位置），调幅度≥100%，这说明在有调时流过模块的电流≥17A，这种情况下过载保护就会动作拉开开关管 从故障现象看，在这个故障中，重新合电后该功率开关模块仍可使用，可以确定IGBT中的开关管没有击穿或断路，并且对应这个模块的光缆和光缆接头也没有故障，但该故障功率模块上不仅仅是开关管拉开，保护管也拉开了。那么，IGBT中的保护管是如何拉开的呢。在开关管控制电路中，当过载时U10输出高电平，经三级非门转变为低电平送倒开关管门极，拉开对应的开关管。此高电平是个延时517ms的信号，也就是说拉开开关管实施保护的时间为517ms，而48级PSM开关循环通断一周的时间是（估算方法见脉阶调制设备）远远小于517ms的。且在实施过载保护的时间内，当该级PSM开关的保护管没有拉开时，9单元调制器控制器里的9A7环形调制器照常会给该级PSM开关发送拉开、闭合的指令。这个故障中过载保护使开关管控制电路中U10输出高电平，进一步使U11