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      CINRAD/CD 天氣雷達發(fā)射系統(tǒng)故障解析

      2012-12-22 06:41:40雷登林
      中低緯山地氣象 2012年4期
      關鍵詞:分機燈絲波形

      雷登林,田 程,鐘 健

      (貴州省貴陽市多普勒天氣雷達站,貴州 貴陽 550001)

      CINRAD/CD 天氣雷達發(fā)射系統(tǒng)故障解析

      雷登林,田 程,鐘 健

      (貴州省貴陽市多普勒天氣雷達站,貴州 貴陽 550001)

      借助CINRAD/CD天氣雷達的雷達狀態(tài)監(jiān)控,通過其報警狀態(tài)信息,再通過觀察其器件外觀狀態(tài)、及利用儀器儀表的檢測分析,能落實故障器件的定位。對于較復雜的或涉及片級元器件的故障,則需在透徹理解雷達電路原理的基礎上逐級檢測分析,直至查找出并修復故障。

      IGBT;EXB841;脈寬調制器;燈絲偏磁分機

      1 前言

      貴陽新一代天氣雷達于2001年吊裝完成,至今已運行11 a時間。在雷達運行期間,貴陽雷達出現大小故障40余次,而發(fā)射系統(tǒng)是雷達各子系統(tǒng)中故障出得比較多的子系統(tǒng),出現故障達17次,接近故障總數的一半,而發(fā)射系統(tǒng)的開關電源、調制器、預調器、燈絲偏磁電源分機等重要部件則是故障頻繁。發(fā)射系統(tǒng)出現故障時通常導致電子元器件的徹底燒壞,因此應竭力避免出現這樣的后果,而定期對發(fā)射部分器件的狀態(tài)參數進行檢測與調整就顯得必不可少。本文選取了幾例我站天氣雷達出現的發(fā)射系統(tǒng)故障,并逐一介紹其分析、檢查及處理過程。

      2 故障維修

      2.1 實例故障維修個例1

      開關電源I內IGBT燒壞。故障現象:開高壓,發(fā)射系統(tǒng)報“開關電源”故障。

      檢查過程:①開低壓,無低壓故障;延時15 min,準加指示燈亮。表明低壓工作正常。②關預調器電源,先后取下IGBT調制分機,用三用表(200 k檔)檢查兩路IGBT調制分機中的IGBT模塊,均正常。③開低壓,按開關電源Ⅰ面板上的“開”開關,用示波器檢查開關電源Ⅰ面板脈沖檢查插座上的波形,為20 kHz的方波。表明開關電源觸發(fā)產生環(huán)節(jié)正常。④取下開關電源I分機(之前應取下對應的插頭)。用三用表(置200 k檔)測量全橋變換器的兩個IGBT模塊 V1、V2上,兩只 IGBT的 C1、E1及C2(E1)、E2兩端的阻值。有一只的均為0 Ω。表明該IGBT模塊已損壞。

      更換IGBT后,檢查IGBT驅動脈沖。檢查方法:將~220 V電源接入取下的開關電源Ⅰ分機電源變壓器T1的1、2腳。按開關電源Ⅰ面板上的“開”開關,用示波器檢查IGBT V1、V2上的驅動波形(探頭正端接G,負端接E)。正常情況下,V1:G1-E1與V2:G2-E2波形應一致,而V1:G2-E2與V2:G1-E1波形應一致,兩組波形的時間關系如圖1所示。

      圖1 全橋變換囂IGBT的驅動波形

      經查V1:G1-E1無驅動脈沖波形,其余的波形均正常。開關電源Ⅰ分機控制板產生的脈寬調制脈沖送驅動板進行隔離、放大,輸出至各IGBT的柵極。檢查驅動板,發(fā)現V1:G1-E1對應的驅動電路R3燒毀、爆開,EXB841損壞。更換R3及損壞的EXB 841后,接通電源,該路驅動脈沖依然不正常。測試EXB 841的2、10腳之間電壓為0V,整流橋輸出電壓約+28 V。表明三端穩(wěn)壓器CW 117損壞。更換三端穩(wěn)壓器,重新進行驅動脈沖測試,各處驅動波形及其時間關系均正常。將開關電源I分機恢復正常位置并接好相關插頭。按正常程序開高壓,開關電源輸出正常,發(fā)射系統(tǒng)工作正常。

      開關電源I內IGBT的燒壞,與開關電源I內驅動板上4路EXB 841驅動芯片的輸出關聯性很高,因此對EXB 841驅動芯片的輸出提出以下要求:

      ①觸發(fā)脈沖要具有足夠快的上升和下降速度,即脈沖前后沿要陡峭;

      ②柵極串連電阻Rg要恰當。Rg過小,關斷時間過短,關斷時產生的集電極尖峰電壓過高;Rg過大,器件的開關速度降低,開關損耗增大;

      ③柵射電壓要適當。增大柵射正偏壓對減小開通損耗和導通損耗有利,但也會使管子承受短路電流的時間變短,續(xù)流二極管反向恢復過電壓增大。因此,正偏壓要適當,通常為+15 V。為了保證在C-E間出現dv/dt噪聲時可靠關斷,關斷時必須在柵極施加負偏壓,以防止受到干擾時誤開通和加快關斷速度,減小關斷損耗,幅值一般為-(5~10)V;

      ④當IGBT處于負載短路或過流狀態(tài)時,能在IGBT允許時間內通過逐漸降低柵壓自動抑制故障電流,實現IGBT的軟關斷。驅動電路的軟關斷過程不應隨輸入信號的消失而受到影響。

      為實現上述要求,必須對基于EXB 841驅動芯片的電路參數進行調整,通過調整4路驅動電路的電位器RP*(* 為1、2、3、4),可以改變柵極串連電阻Rg的阻值,取得滿足IGBT正常工作的驅動脈沖,圖2為基于EXB841驅動芯片的驅動電路輸出的兩種驅動波形:左為不正常輸出驅動波形、右為調整后正常輸出的驅動波形。

      圖2 EXB 841驅動電路的兩種驅動波形

      2.2故障維修個例2

      開關電源I內控制板上脈寬調制器電路N2(型號SG 3526或SG 1526)閉環(huán)失效引起的“開關電源”故障。故障現象:監(jiān)控分機面板上的高壓電壓指示超過額定值并報“開關電源”故障。

      原因分析:開關電源電壓指示是利用調制柜取樣板對高壓進行電流取樣,將高壓電壓變成微安級電流,100 mA電流表(表的刻度盤改造成滿度5 kV)來指示高壓電壓的。當并聯在電流表兩端的電位器開路時,高壓指示將打表,但這時真正的高壓電壓并不增加或減小。從脈寬調制型開關電源穩(wěn)壓原理來看,開關電源Ⅱ取樣板上的電阻R1、R2(均為2mΩ電阻)與開關電源Ⅰ面板上的高壓調節(jié)電位器RP1(阻值為5 kΩ)構成了取樣電路,RP1中間點就是取樣信號輸出端,如圖3所示,開關電源高壓電壓為U0,取樣電壓U'0。閉環(huán)穩(wěn)壓時,取樣電壓U'0應為控制板上脈寬調制器N 2-1上的電壓,本電路中該電壓為2.5 V。根據串聯電路的分壓關系:

      圖3 穩(wěn)壓關系示意圖

      遇到高壓過高(超過3 kV)時,應立即按開關電源Ⅰ面板上的“關”開關,將寬調制器輸出的觸發(fā)切斷,避免發(fā)生更大的故障。

      檢查過程:①在開關電源Ⅰ面板上,按“開”開關,檢查開關電源觸發(fā),正常。②檢查高壓指示電路,正常。③檢查高壓取樣環(huán)節(jié)開關電源Ⅱ取樣板上的電阻R1、R2正常(均為2mΩ);檢查開關電源Ⅰ面板上的高壓調節(jié)電位器RP1正常;將2.5 V電壓送入射隨器N1,工作正常;最后懷疑脈寬調制器電路N2閉環(huán)失效,輸出觸發(fā)脈沖寬度最寬(約20 μs),導致高壓過高。

      更換脈寬調制器電路 N2(型號 SG3526或SG1526)后,按程序檢查觸發(fā)脈沖正常,開高壓,穩(wěn)壓正常。

      2.3 故障維修個例3

      燈絲偏磁分機控保電路引起的“燈絲欠流”或“燈絲過流”故障。故障現象:雷達報“燈絲欠流”或“燈絲過流”故障,不能加高壓。

      檢查過程:由于燈絲偏磁分機的主要功能就是為速調管燈絲、高變比脈沖變壓器提供工作電源,所以故障很可能發(fā)生在燈絲偏磁分機。首先觀察燈絲偏磁分機面板上的燈絲電流電壓指示值,正常;檢查變壓器次級整流橋堆(KBPC2504)為速調管燈絲提供的偏磁正電壓,正常;再檢查燈絲保護電路中有關取樣電壓。開低壓預熱后,測試燈絲欠流和過流保護取樣電阻RP2、RP4電壓均為0 V,而插槽的17、19腳的燈絲保護采樣輸入有電壓輸入為5.8 V。懷疑是電路公共部分有故障,檢測比較放大器N1的1、7腳,無輸出,初步判定N1性能欠佳。更換N1后,采樣電壓正常,燈絲欠流和過流故障消失,雷達工作正常。檢測記錄關鍵點的參考值如下:燈絲保護采樣輸入電壓5.8 V,欠流保護RP2基準電壓為5.5 V,過流基準RP4電壓為7.0 V,有±5%左右的變化屬正?,F象。

      原因分析:速調管燈絲控保電路的比較放大器性能不良,燈絲欠流或過流采樣電壓誤差造成故障報警,不允許加高壓。

      3 小結

      根據電原理圖,分析信號流程,逐級排查系統(tǒng)電路中的電元源器件,實現片級元器件的檢測;記錄雷達正常工作時的狀態(tài)參數,可在故障排查時進行對比,能較大的提高排除故障時的效率;定期對系統(tǒng)做到細致全面的維護、利用萬用表、示波器等儀器檢測雷達重要器件的參數并調整其到最佳狀態(tài),能最大限度的保證雷達正常運行。

      [1] 曹書強.基于EXB841的IGBT驅動與保護電路研究[J].電源世界,

      P458.1+21.1

      B

      1003-6598(2012)04-0055-03

      2012-07-12

      雷登林(1976—),男,工程師,主要從事雷達技術保障與探測工作。

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