[发明专利]基于FPGA的PSM数字循环控制器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种PSM数字循环器，特别是一种具有对开关模块自动监测和排除故障功能的基于FPGA的PSM数字循环控制器及其控制方法。

背景技术

提高整机效率是大功率广播发射机的发展趋势，对于100kW以上功率等级的发射机其整机效率已经达到70％左右，这主要归功于八十年代发展起来的脉冲阶梯调制(PSM)技术。大功率广播发射机是将输入的音频信号放大后，在高频末级进行板极调制，使载波幅度按输入信号变化，再经天线发射出去。图1是PSM发射机原理图，来自激励器的载波信号送高末级电子管栅极，高末级的板极调制电压由音频信号PSM开关放大器(或称脉阶调制器如图2所示)提供，所述音频信号PSM开关放大器包括整流器、PSM开关、低通滤波器及控制器，所述整流器是由M套低压整流器组成，所述PSM开关是M个独立的分别接通或断开各个低压整流器的电子开关，所述控制器根据音频信号控制所述电子开关的通断，形成叠加的音频阶梯电压，经低通滤波器滤波形成放大的音频板极调制电压。100kW发射机的低压整流器为48套，控制其输出电压的电子开关目前多采用绝缘门双级晶体管IGBT所构成的开关模块。所述控制器为M路数字循环控制器控制，从而使射频被调级获得载波点的直流屏压和高电平的音频调制电压。为了使部分IGBT关断时能保持整体串联电路一直处于连通状态，每套整流器的直流输出电压及其相应的IGBT输出端还并联了空转二极管D_F。所述由M路数字循环控制器控制的M个独立的开关模块，按照“先合先拉”的原则顺序接通断开。从而使它们得到基本相同的工作负荷，提高开关模块的平均工作寿命。

现有的大功率发射机的高频末级提供幅度调制电压的PSM开关放大器是由模拟电路构成。将最大22千伏的板压分成若干个电压阶梯，对输入的音频按照一定的时间间隔对其幅度取样量化，再按照同样的时间间隔按音频幅度的量化值接通相应数量的阶梯电压，经滤波后还原成音频电压，加到末级电子管的板极上。总数为M级(48级)的开关模块，载波时的射频被调级直流屏压用20级开关模块，每级输出电压700V，其合成电压为14000V；100％调幅的正峰电压为28000V，由40级开关模块供电；所剩8级开关模块充当备份并兼作非对称梯调。在时间t₀，所有开关级均被拉开，输出电路以全部空转二极管D_F为通路，输出端的电压为零。在时间t₁，有一级PSM开关(可以任选M级中的一级)被合上，电流从这一级PSM开关中产生，然后流经非对应的47组空转二极管到负载，因此A点输出为电压为1*U_S＝700V，在时间t₂，第二个开关级(除已合开关的任一级)被合上，这时A点的输出电压为2*U_S＝1400V。同调幅度m＝1，m＝0，m＝-1相对应的闭合开关模块数依次为40，20，和0；其它调幅度多对应的闭合开关模块数也可依次类推。通常在载波调制状态下，有20级开关模块接通(相串联)送出14kV(20×700V＝14kV)的直流电压给高频末级。在m＝100％时，在调制峰点，40级开关模块接通，开关放大器输出约28kV，在调制谷点开关模块全部断开，开关放大器输出为0V。对于音频电压幅度在两个700伏开关模块之间的情况，则采用脉宽调制技术控制占空比来实现。

为检测PSM开关放大器的输出电压是否与音频信号所要求的电压值一致，所述PSM开关放大器的输出端设有检测电压的传感器，由于各个整流器都是悬浮的，因此检测电压的传感器是采用压控振荡器将电压信号转换成频率再通过将其转换成相应频率的光信号由光纤送控制器，以补偿由于电源电压变化或由于开关模块损坏造成的对输出功率的影响。