DF100A型100kW短波发射机三代调谐控制系统的分析与比较

覃爱香 徐永婵 农雨春 黄光文

【摘要】广西广播电视一〇一台对DF100A型100kW短波发射机的调谐控制系统进行了两次改造，本文对台站先后使用的三代调谐控制系统的马达驱动控制方式、元器件等进行了比较分析，详细介绍了各阶段调谐控制系统的马达驱动板基本工作原理及优缺点。

【关键词】DF100A 100kW短波发射机;调谐马达驱动板;功放模块OPA512;H桥式马达驱动控制器;VNH3SP30

中图分类号：TN929                    文献标识码：A                    DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.22.026

DF100A型短波发射机是在美国大陆（Continental）公司的418E/F PSM100kW短波发射机的基础之上改进而来的，该型号发射机可提供频率范围为3.2～26.1MHz，发射机的开关机、换频、调谐等各项操作都是靠人工完成。广西广播电视一〇一台先后对DF100A型短波发射机进行了两次自动化改造，实现了发射机控制部分和调谐部分的智能化与自动化功能，减轻了值机员的工作强度，提高了发射机可靠性和有效性。以下分别对三代调谐系统的马达驱动部分进行分析与比较。

1. 第一代调谐控制系统

DF100A型短波发射机有十个频道，可以预置10个不同的频率，可对3.2MHz～26.1MHz内频率进行调谐。根据指定的发射机工作频率，按下对应的“频道选择”按键，高前调谐、高末调谐、高末调载、谐波滤波器、平衡/不平衡转换器五路调谐元件伺服马达和高末屏槽电感前棒、高末屏槽电感后棒、高末屏槽电感顶棒伺服马达将转动，使电容电感调谐元件由马达带动转到“频道选择”按钮设定的位置。这只是粗调，加高压后，还要进行细调。一般机房有多部该型号DF100A PSM100kW短波发射机，每天的换频次数较多，几部机器同时换频三分钟需要完成几十项操作，靠手动来完成调谐和倒频、倒换天线、切换节目源等操作，需配备多名值机员同时上班，且值机员的工作强度很大，容易引起误操作导致错播。

2. 第二代调谐控制系统

随着科学技术的迅猛发展，电子器件实现了集成化、数字化，为全手动操作的短波发射机自动化改造提供充分条件。2009年广西广播电视一〇一台机房引进南昌科泰科技开发中心、北京埃比瑞斯科技有限责任公司研制开发的KT-DF100A 100kW短波发射机自动化系统，成功实现了DF100A型发射机自动开机、自动倒频、自动调谐、自动检测等多项功能。

2.1 第二代系统的优点

第二代系统可对发射机实施自动控制，预置发射机运行调度指令，根据运行图自动完成开关机、倒换频率、频率调谐、节目源切换、倒换天线、异态监测报警等操作。机器各项操作准确迅速、报警及时、监控到位，无需人工干预，自动和手动间切换方便快捷。第二代系统使发射机同时具备手动和自动两种操作模式，相互之间没有依赖关系，通过一个双刀双掷开关即可实现自动、手动切换。把值机员从繁琐、重复的工作中解脱出来，有更多的精力投入到机器设备的学习和技术维护当中，有效提高了安全播出质量，降低了值班员的压力和工作强度，提升机房维护和管理水平，使发射机设备运行更加稳定，同时最大限度地避免人为事故的发生。

2.2 第一代和第二代调谐马达驱动板的工作原理

自动化改进后的调谐马达驱动板，调谐控制原理跟第一代系统基本相同，主要是使用的功率放大器件都是OPA512。其基本原理如图1所示。

W1是控制电位器，W2是随动电位器，这两电位器的两端分别接到+15V和-15V直流电源上，组成一个桥式平衡电路。随动电位器跟随马达的转动而转动，其中间抽头的电位跟随马达相应变化。而控制电位器则由面板的“通道按钮”或“调谐旋钮”控制转动。开始调谐时，按下“调谐允许”开关，各调谐控制部分得电，在面板转动控制电位器，使随动电位器中间抽头与控制电位器中间抽头有电位差。U1A、U1B、U1D三个集成块组成窗口比较器，当U1D的13端与12端的电压差大于或等于0.3V时，U1D的14端产生输出脉冲信号推动功率放大器OPA512进行功率放大。在R26输出正/负28V直流电压，使调谐元件的伺服马达跟着控制电压正转或反转，随动电位器W2也跟随伺服马达转动。DS5是正转指示灯，DS6是反转指示灯。当随动电位器与控制电位器的中间抽头电位差使U1C输入端的电压差小于0.3V时，功率放大器OPA512无电压输出，伺服马达停止转动。调谐时，人为预置控制电位器W1在某一指定位置，按下“波段选择”或“调谐允许”按键，调谐马达上电开始转动，同时带动随动电位器W2、调谐元件电容或电感的短路棒转动，它的转动方向是使比较器的U1D输入端电压差慢慢小，直到W1、W2中间抽头的电压差接近0为止，调谐元件被带动到控制电位器所设置的位置，从而完成调谐过程。

2.3 第二代调谐控制系统的缺点

经过改造的第二代调谐系统，虽然发射机具备自动开关机、自动倒频、自动调谐、自动检测等各项功能，大大降低了值机员的工作强度，但第二代马达驱动板功放模块和第一代一样，都使用OPA512功率放大器。OPA512功率放大器工作在甲乙类工作状态，导通时内阻较大、输出功率大、工作损耗大，管子本身发热严重，经常烧坏管子及输出限流电阻，有时外电倒电也可能烧坏马达驱动板，因此在换频过程中经常出现马达驱动板故障引起停播的事故。

3. 第三代调谐控制系统

为解决OPA512功率放大器上述缺陷对安全播出的影响，广西广播电视一〇一台2020年引进了国家广电总局561台研制的“DF100A发射机H桥式马达驱动控制器”，在第二代调谐系统的基础上，更换了原来的马达驱动母版、马达电源板和马达驱动放大板，把驱动板的功率放大器件换成了意法半导体VNH3SP30全桥驱动器芯片。

3.1 H桥式马达驱动控制器的特点

采用VNH3SP30芯片，PWM输出控制方式，减少了系统损耗，提高了调谐效率。该控制器采用数字总线控制指令、光电隔离技术，提高了马达控制驱动抗干扰能力，减少了原模拟量自动控制中调谐马达的误操作。

全桥驱动芯片VNH3SP30工作电压为5.5～36VDC，最大30A负载。功率MOS管工作于丁类状态，管子导通电阻小，只有0.034Ω，导通时在内阻消耗的能量少，工作效率显著提高。

芯片内部设计包含欠压、过压、过流保护电路。当芯片性能下降，功耗过大，热敏电阻输出报警信号，芯片无输出。

3.2 全桥驱动芯片VNH3SP30马达控制原理

全桥驱动芯片VNH3SP30马达控制示意图如图2所示，使用四个场效应管组成全桥式平衡电路，当INA为高电平，INB为低电平时，左半桥臂HA和右半桥臂LB导通，马达正转;当INA为低电平，INB为高电平时，左半桥臂HB和右半桥臂LA导通，马达反转;其他情况马达停止。场效应管工作在丁类状态，INA和INB的控制信号为方波信号，使场效应管工作时有陡峭的上升沿和下降沿，即在方波信号控制下，能尽快导通与截止，其内阻很小，从而减少损耗，不会像OPA512功率放大器那样因工作在甲乙类状态损耗过大而經常烧坏管子。

本文通过对广西广播电视一〇一台DF100A型100kW短波发射机三代调谐控制系统的比较分析，详细介绍了先后三代调谐控制系统的马达驱动板基本工作原理及优缺点。第一、二代调谐控制系统采用OPA512功率放大器，由于其工作在甲乙类状态，功耗大，经常会烧坏管子。第三代调谐控制系统引进了H桥式调谐马达驱动控制器，采用VNH3SP30芯片，功率MOS管工作在丁类状态，PWM输出控制方式，减少了系统损耗，提高了调谐效率，精确控制调谐马达到预定位置，节省了换频调谐时间，全方位的保护功能使马达驱动板的故障率大大减少，为安全播出提供了可靠的保障。