PSM发射机功率模块控制电路一电容失效导致模块故障引发的思考

郭兴安

（国家新闻出版广电总局七二五台，山西 晋中 030600）

摘 要：模块控制功率板中的电解电容失效后，该模块会停止工作。因此，对功率控制板中保护管的控制电路、启动电路和瞬间低电压保护电路进行了分析。

关键词：基本R-S触发器；保护管启动电路；瞬间低电压；保护电路

中图分类号：TN838 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.081

PSM发射机的每个开关模块上都有1个功率开关控制器板，其可控制保护管和开关管。在保护管控制电路中，启动电路和瞬间低电压保护电路是两大组成部分。

1 保护管启动电路

图1为保护管控制电路原理图。

在图1中，R1、R2、R3、C4、VR1构成了2个分压器，并与U2组成了瞬间电压过低保护电路；U4中2个4093B型的与非门组成了基本的R-S触发器，并与U5的2个与非门组成了保护管的启动电路。在U4中，与Q对应的8端（ ）为置位端，与Q对应的12端（ ）为复位端。R-S基本触发器的特性如表1所示。

保护管启动电路的工作原理为：在发射机正常加高压时，U4的R-S触发器的 端比 端先输入高电平，输出端Q为低电平，经U5与非门输出高电平输入到保护管门极，保护管开通。由此可见，要想使保护管正常导通，R-S触发器的输出端Q必须保持低电平，即保证Q的电平值为0（只有在 的电平值为0、 的电平值为1，即在电路启动的瞬间加到置位端的电平要比复位端的电平高时，才能确保保护管导通）。置位端高电平速度会受到失步保护电路、瞬间过低电压保护电路的影响。失步保护电路与U2的连接能隔离光电管，可将其视为开路，影响较小；主要影响来自于瞬间低电压保护电路，由于C4的存在，U2的电平送至置位端时会产生一定的延迟，进而影响了置位端加入高电平的速度。为了使保护管能正常启动，加入到复位端高电平的速度应比加入到置位端高电平的慢。因此，设计时，应在复位端的R4上串接1个大容量的电容C8，从而确保保护管的导通。

2 瞬间低电压保护电路

在图1中，U2的同相端经R1、R2分压得到6 V；反相端经R3、VR1分压得到5.1 V。因此，U2正常输出为高电平。当外电压低于5.1 V时，比较器输出低电平，经过 端的R-S触发器后，输出端为高电平，经U5输出为低电平，将保护管拉开，可以起到保护作用。但在多数情况下，保护闪电、过载等微秒级的瞬间低电压是必不可少的。因此，在设计电路时，R1的两端并联了1个0.1 μF的电容。当外电压瞬间降低时，电容的储能可防止U2立即输出低电平，从而避免拉开保护管。但在加入该电容后，会影响R-S触发器 端加入高电平的速度，因此，设计时，应在Rd端的R4上串入10 μF的电容C8，延长RC电路的放电时间t，从而使R4端输入的高电平速度减慢，提高保护管运行的可靠性。在维护工作中，常遇到电容失效，进而导致模块不工作的情况。经测量，一些电容的容量不足100 PF，导致Rd端的充放电时间短于 端，进而导致保护管拉开，模块停止运行。

3 、 端充放电时间常数t的分析

3.1 R1和C4充放电时间的计算

R1和C4充电时间的计算公式为：

计算得出，放电时间t≥0.095 ms。由此可见，U2的输出在合电0.095 ms后由低电平变为高电平。

R1和C4放电时间的计算公式为：

计算得出，放电时间t≥0.008 ms。由此可见，瞬间低电压在0.008 ms内不被保护，保护管正常导通。

3.2 R4和C8充放电时间的计算

R4和C8充电时间的计算公式为：

计算得出，Uc=0 V。由此可见，U2同相端经0.095 ms充电至5.1 V后，反相端的电压为0 V；根据 的电平值为1、 的电平值为0，可得Q的电平值为0，保护管开通。

R4和C8放电时间的计算公式为：

计算得出，Uc=12 V。由此可见，在0.008 ms后，U2同相端的瞬间低电压低于5.1 V，反相端为5.1 V；根据 的电平值为1、 的电平值为0，可得Q的电平值为0，保护管断开。

电容C8失效后，R4充电时间的计算公式为：

计算得出，Uc=12 V。由此可见，当C8降低至一定值时，加电时加入到Sd端高电平的速度小于Rd端，即在t≤0.095 ms的时间内， 的电平值为1、 的电平值为0时，Q的电平值为0，保护管断开，此模块停止工作。

通过以上分析发现，一方面，在开机加高压时，加入到U2同相端高电压的速度必须比加入到U5的快，从而确保保护管导通；另一方面，当瞬间电压过低时，U5的电位必须比U2同相端的电位变化慢，且保持一定的电位差，才能避免拉开保护管。在电路中，当R1的电阻值为1 kΩ、C4的电容值为0.1 μF、R4的电阻值为100 kΩ、C8的电容值为10 μF时，可计算得出两电位的速度比为1∶10 000，该速度比可大大提高电路的可靠性。

4 结束语

铝电解电容中的电解液除了会在正常运行中消耗外，还会随着时间的推移和环境温度的变化自然挥发。当电解液干涸时，铝电解电容的寿命会缩短。我台的DF-100 kW PSM发射机已运行15年，模块控制小板中的电解电容会在一定程度上存在失效的情况。因此，在今后的设备检修和维护中，一定要特别注意对此电容的检测。

〔编辑：张思楠〕