PSM短波发射机ICBT控制模块简介

刘玮

（国家新闻出版广电总局五九四台，陕西 咸阳 712028）

【摘要】主要从TSW2500型500KW短波发射机PSM核心组称IGBT入手，着重对其控制模块ZSE21其硬件接口和硬件功能描述和控制单元作了重点描述，对发射机IGBT控制模块的工作方式有了直观的了解。

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关键词 发射机；IGBT；ZSE21

0引言

TSW2500型500KW短波发射机PSM核心组称IGBT控制模块ZSE21对PSM发射机功率部分有着致关重要的作用，它不仅负责PSM部分的正常工作还对发射机的实际工作状态有着数据采集和监测控制的重要作用。下面就着重介绍控制模块ZSE21在发射机工作链路中的重要作用。

1IGBT控制模块硬件描述

1.1硬件接口

1.1.1电源

电源采用一个带中心抽头的48V交流电源，由功率模块板上的变压器T11提供，T11的初级取自模块三相电源的两相（线电压877V）。变压器的次级通过X11端子连接到控制板上。V24-1（48V交流电源的一端）；GND（中心抽头）；V24-2（48V交流电源的另一端）。

1.1.2电压电流测量输入信号

功率模块对以下电压进行监测，输入端子分别为：X1-VB，X2-VB，X3-VD，X4-VD。VB-A2（正电容电压0~+800V）；VB-B2（负电容电压0~-800V）；VD-A2（正功率模块电压0~800V）；VD-B2（正功率模块电压0~800V）。使用一个LEM电流互感器进行电流测量，LEM输入端子为：X13，其中包括LEM使用的±15V电源。+15V（LEM正电源电压）；I-LEM（电流互感器LEM的二次测输出电流）；-15V（LEM负电源电压）。

1.1.3监测输入信号

监测保险开关和温度开关的输入信号，使用的端子：X13。这两个信号都采用了二极管进行限幅，范围是：0—5V。TEMP-IN温度开关输入，内部连接上拉电阻到VCC；FUSE-IN保险开关监测输入，内部连接上拉电阻到VCC。

1.1.4IGBT控制信号

分别完成对两个IGBT的驱动控制，端子号为：X212和X222。A21-G1（IGBT A21的门极驱动）；A21-E1（IGBT A21辅助发射极）；A22-G2（IGBT A22的门极驱动）；A22-E2（IGBT A22辅助发射极）。

1.1.5接触器控制

通过对接触器的控制，系统实现了软开关功能，接触器的控制线通过端子X13送到接触器线包：V24-1-K1接触器K1的控制线，接触器线包的控制电压通过控制板上的继电器K121的常开接点接到V24-1上；V24-1-K2接触器K2的控制线，接触器线包的控制电压通过控制板上的继电器K122的常开接点接到V24-1上；V24-2接到两个接触器K1、K2线包的另一端（线包电压为48V）。

1.1.6光纤接口

光纤分为输入和输出。分别用于控制指令的接收和数据信号的回传。其中光接收端子为：A101和A111；光发射端子为：A102和A112。

1.1.7串行接口

RS232串行接口用于连接外部终端，通过该接口可对模块进行测试。232驱动采用MAX232芯片，串口通过DB25端子与外部设备进行连接。端子号为：X29。

1.2硬件描述

1.2.1控制逻辑

由于该模块使用16位单片机80C196KC和可编程逻辑芯片EPM5128实现对模块的数字控制，使得控制功能具有很高的灵活性，并且可以根据新的要求不断对单片机或可编程芯片进行升级。下图所示为中央控制逻辑方框图。可编程逻辑芯片采用Altera EPM7160，它可实现多达60个的TTL或CMOS逻辑门的功能；微控制器采用Intel公司的80C196KC,是一个16位的CPU，带有一个8个通道10位模数转换器和数字I/O端口。功率模块模拟量（如电压、电流等测量信号）通过A/D转换器获得，低速监测和控制功能（如保险监测、接触器控制等）由数字I/O端口执行，由于微控制器控制系统对于某些高速的控制功能（如IGBT-A*、IGBT-B*）来说速度太低，所以系统所需的各种高速功能都综合在一起由可编程逻辑芯片EPM7160实现，与系统安全有关的各种控制功能，也是使用可编程逻辑芯片由纯硬件来实现，这样可确保各项保护的实时性。

1.2.2 IGBT 控制

IGBT控制逻辑线路也是由可编程逻辑芯片EPM7160实现的，微控制器通过对可编程逻辑芯片允许逻辑的控制，来实现对各种控制功能的封锁；同时有一条硬件的允许线用来实现快速封锁功能（例如在过流时）。控制系统也检测有关最小开关周期时间和最大开关周期时间，以及可能发生的延长，如果发生上述情况就会传送给微控制器。

1.2.3电压测量

电容上的电压是由微控制器进行测量的，测量线路由分压器、放大器、装换开关和低通滤波器组成。

输入的电压测量范围是800V。分压器采用6个150K的串联电阻与5.62K的电阻组成。800V对应分压器的输出电压为4.96V。为了测量负电压，10HZ低通滤波器A11为同相放大，A12为反相放大器。当处于小电压的试验模式（TEST）时，输入放大器可以切换放大系数1为放大系数20。功率模块的输出电压同电容电压的测量电路基本一致，也是由微控制器进行测量的，不同的是使用了比较器对输出电压进行检查。比较结果作为模块输出电压范围的信息，被送到可编程逻辑芯片EPM5128。电源电压的测量采用间接手段实现，实际测量的是控制系统的供电电压（AC48V）。电源电压是通过功率模块辅助变压器的变比计算得出的，为了确保测量结果不受负载变化的影响，使用一个单独的整流器，整流后的输出电压通过一个分压器分压，送入一个低通滤波器后，送入微控制器。控制系统的电源电压是由测量电压的和来实现的，如果缺少一个电压或电压超出允许偏差范围，微控制器会立即发现。功率模块输出电流是通过电流互感器LEM变换来测量的。该互感器的电流变比是1：1000。通过不同的运算可以获得IGBT电流、模块输出电流，并通过比较器得到一个过流信号I-MAX。电流互感器次级输出的电流信号经滤波后，送入微控制器。输入放大器与前面提到的相同，增益可以变化。当处于小电压的试验模式时，输入放大器可以切换放大系数1为放大系数10。模块的过流保护信号也取自电流互感器的次级输出，比较器的参考电位通过微控制器的PWM输出产生，经低通滤波后还原为直流电位，可以通过软件调节从0到200A的电流门限值（ECAM中的I-MAX：60A）。IGBT的电流测量，是通过将电流测量信号与IGBT的控制信号（IGBT-DR-A）相乘，经过10HZ低通滤波器后，其结果是半个模块的负载电流平均值；由于我们可以假定负载是对称的，所以可以设想另半个模块的负载电流也是相同的。

2IGBT驱动器

IGBT和MOSFET器件一样都是电压控制元件，模块上使用的控制电压是±15V。由于2个IGBT控制的模块电压都对地悬浮（在电容电压上），所以同驱动器电源和控制信号一样它们的驱动信号也需要进行绝缘隔离处理，IGBT驱动器和其它需要隔离的电路一起被集成在一个独立的模块内。此外，IGBT的饱和电压也被监测，当越限时IGBT将被关断，这种情况可能是由于过流引起的，因此这是一个非常简单但非常有效的过流触发方法，这个方法能够检测到IGBT的短路情况，并执行相应的触发。每个IGBT均由一个上图所示驱动器线驱动，除了分立元件外，其它所有线路元件都集成在一个单独的模块内。直流/直流转换器提供15V直流电压给驱动器和逻辑线路，IGBT门极激励信号太小可能会损坏器件，为了防止这种情况的发生，系统对15V电压进行了监测。同时IGBT的激励信号通过一个脉冲变压器进行隔离。饱和电压监测和直流电压监测功能被集成在控制逻辑中。故障信号通过光纤送回，在供电电压太低或饱和电压故障触发时，返回信号将被关断，否则将一直打开。模块上使用的门极驱动器是HD680，它是一个桥式电路，输出电压为15V，能够开断的峰值电流达8A。IGBT门极电阻为限流电阻，当使用东芝的IGBT时，门极电阻必须为5Ω。当使用西门子的IGBT时，门极电阻为3.3Ω。为了保证电阻偏差，可使用三个10Ω电阻并联方式，其中一个采用焊接跳线的方式加入，当使用西门子的IGBT时，这个跳线必须插入。

3结束语

本文针对发射机PSM部分IGBT控制系统的组成及工作原理做了重点描述，通过上面的描述能够更加清晰的了解发射机IGBT工作系统中控制模块ZSE21的重要性及特殊性。

［责任编辑：刘展］