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BGTB5141型100KW短波发射机功率开关模块的故障分析
王圣泽
（国家新阅出板广电总局2023台，河南临高571800）
摘要：功率开关模块作为PSM发射机调制器的核心器件，它将主整电压化整为零，使得PSM发射机调制级既实现品体管化又属于丁类放大，效率高，稳定可靠。本文主要介绍功率开关模块的工作原理和故障分析，供同行参考。
关键词：功率开关模块；工作原理；故障分析 1概述
BGTB5141型100KW短波发射机的调制级采用了 50个完全相同的功率开关模块。其中，48个功率开关模块为射颠末级提供屏压：其余两块功率开关模块为射频末级提供帝栅压。功率开关模块是一个脉冲宽度调制单元，它其有高达10KHz的开关频率以及向它的负载提供平均2.1KW的功率。这种电源开关可以在小于400ns时间内接通和切断一个700V的电压。由48组开关申联组合后构成100KW机的固态调制器。高末级功放管的筛概电源也使用了两个功率开关模块
功率开关控制器是功率开关模块的一个分部件。功率开关控制器作为调制器控制器和功率开关模块之间的
.个接口。功率开关控制器与调制器控制器由光续进行通讯，控制着功率开关模块的工作。功率开关控制器对功
率开关模块上的两个绝缘栅双基极二极管(IGBT)进行驱动，它可对功率开关模块的内部故障进行检测，并可将有故障的功率开关模块从调制器的电路中断开。
2功率开关模块组成和工作原理 2.1组成
个功率开关模块由三部分组成，即①D一套三相全波整流器及其滤波器；2)主要有一只绝缘门双极管(IGBT)组成的电子开关：(3 当电子开关关断时旁路负载电流、即用于空转的反向二极管(Back-swingDiode）；①功率开关控制器（即功率开关控制板）。
2.2工作原理
功率开关是一个脉宽调制单元，它的开关频率能达到10KHz，并为它的负载提供平均2.1KW的功率。功率开关在上升和下降沿少于400ns时间内提供700V的脉冲。48个功率开关以串联形式形成一个100或150KW的固态调制器，
如图1所示，功率开关由E1、E2和E3接人三相500V(有效值) 电源。RV1、RV2和RV3是压敏电阻.用于在外电变化时对功率开关进行保护。通过使用三组双二极管模块CR2，CR4和CR6实现三相全波整流。整流输出的储能是由电容C3和C4完成的。电阻R3 和R4作为这两个电容的分压器，DS1是电客器上电压维持情况的指示器。变压器T1和T2都是降压变压器为A1提供两组相互隔离的12V(有效值)电压。
Q1是一对绝缘栅双极性品体管(IGBT)模块。两个管子都具有 1000V直流和Ic=50A连续工作的额定值。集电极管脚为3的
Voe
那个晶体管称为AC管，第二个集电极管脚为1的晶体管称为DC 管。两个晶体管的门极是通过R8和R7加偏置的，并且分别由瞬变抑制二极管(CR9和CR7)和箱位二极管(CR10和CR8)进行保护。每.个晶体管的门极都是由电路板A1，即功率开关控制板进行控制的。在功率开关正常的情况下，AC管向DC管提供700V的电压：并且由DC管控制这700V电压的合断，以构成本块功率模块的输出脉冲电压，
CR11是一只反向二极管，它跨接在功率开关的输出端。这只极管反向耐压为1000V，正向电流为50A以及小于100ns恢复时间的额定值。反向二极管使得功率开关串接，并使调制器的负载电流绕过未接通的功率开关
功率开关具有对内部故障进行检测，并且将本级模块从固态调
图1功率开关模块原理图
制器电路中移开的能力。如果DC管出现短路或开路敌障，在A1电路板上的一个相位鉴别器(检测器)将会识别出这类故障，并且将AC 管关断。由于将AC管关断了，这块有毛病的功率开关就从调制器的电路脱开了。这个开关的去除也将被调制器的控制器识别出，由控制器把这个有故障的开关脱开。如果功率开关在输出端短路了，那么在E4-E11之间跨接的那些电阻性的导线两端的电压将升高。这个增加的电压将使A1板上(通过R5和R6)的一个光电隔离管导通.由此将关断DC晶体管。如果这个短路现象持续着，相位检测电路将被触发，使得这个功率开关从调制器电路中脱开
电阻R12和R13是A1电路板中的电压/频率转换电路中的一部分，R9、R10和R11是前面提到的相位检测电路中的一部分
功率开关控制板，是前面所述的功率开关的一个分组件。开关控制板是通过光缆与调制器控制器进行连接的。并且控制着功率开关的工作。
功率开关控制板由两个相互隔离的电路构成，每个电路都有自已单独的供电和接地系统。第一个电路，称为AC管控制，用于驱动功率开关中AC管的门极。由于这个电路的地是连在AC管的发射极.在正常工作期间.它处于700V电位(相对于功率开关的地)。第二个电路.称为DC管控制，用于驱动功率开关中的DC管的门极。这个电路的地连在DC管的发射极，在正常工作期间，这个地是在0V 和700V之间切换的。由此可见，在功率开关的正常工作期间，这个相互隔离的电路其有高达700V的电压差。
AC管控制电路是12V(A)供电。这个电源包括一个全波整流器(CR6)、一个稳压器(VR2)、两个电压基准电阻(R9和R10)和三个储能电容(C1、C2和C3)。当电源首先加到功率开关控制电路时，比较器 U2第5脚的电压将通过R1、R2和C4的作用，以幂指数形式充电至6V。当这个电压超过稳压二极管(VR1)的5.1V电压时，比较器的输出端变为高电位。这个比较器的输出就驱动与非门组成的RS触发器(U4)的"S"置位端。由R4和C8组成的RC网络驱动这个锁存式与非门RS触发器的"R"复位端。由于R4和C8网络的RC充电时间比R2和C4的充电时间慢通过领存，将U4复位，使其输出为低电平。这将引起U5输出为高电平，对功率开关AC管的门极进行驱动。当AC管的门极被驱动后，该晶体管导通，使AC管控制电路的地为700V后，在R11和R12的公共接点处的电压，相对于AC 管控制电路的地来说为一3.7V，相对于功率开关的地为十696.3V。