陈昌文，孙传东，蒋仕华，侯 亮，黄天福

(1.贵州省六盘水市气象局，贵州 六盘水 553000；2.北京敏视达雷达技术有限公司，北京 100000)

0 引言

六盘水新一代天气雷达系统(以下简称“雷达系统”)为北京敏视达雷达有限公司生产的CINRAD/CA型雷达，是在贵州省安装的第一部CA型雷达，主要由雷达数据采集(RDA)、雷达产品生成(RPG)、主用户终端(PUP)、通信系统(VNC)等子系统组成。近年来，由于本部雷达系统设备运行处于磨合阶段，雷达发射机频发触发器组件故障，导致触发器内3A11A1控制电路板电子元器件烧毁，致使雷达强制停机，无法正常运行，严重影响着雷达设备的运行稳定性及数据的传输。本文以六盘水雷达系统具体的故障为原型，参考雷达用户手册和相关雷达故障排除方法[1-2]，对雷达触发器组件的工作原理、故障发生机理等进行分析，完成此类故障的维修及排除，为今后雷达设备正常运行提供保障。

1 故障发生实例

2016年4月14日，雷达停止运行，发射机面板显示“触发器故障”报警红灯亮起，靠近发射机明显能闻到烧焦气味，抽出触发器组件，直观能看到3A11A1电路板上出现烧黑痕迹，将万用表打到蜂鸣档档位，分别检查Q1场效应管(IRFPS43N50K)(以下简称“Q1”)的源极、漏极、栅极两两之间的导通情况，通过发出蜂鸣声判断两极间是否被击穿。由此判定3A11A1板Q1器件已经被击穿，并且电阻R23因过热被烧坏。

2016年9月14日，按照开机顺序给雷达设备上电，经预热后，点击运行雷达控制软件“Radar Control Console”按钮，点击“Start”启动雷达，打开“RCW”控制界面，无法正常启动，经多次重启仍然出现报警提示(98：发射机不可操作，40：灯丝电源关闭,70：触发放大器故障)，同样发射机面板显示“触发器故障”报警红灯亮起。

2018年8月17日对雷达进行正常维护，维护完成后启动雷达时不能正常启动，报警显示“触发器故障”，检查触发器内电路板3A11A1，发现D1二极管(MUR4100E)被击穿。

2018年10月27日，远程运行雷达控制软件“Radar Control Console”，启动后发现只有10个产品生成，报警提示(98：发射机不可操作，45：发射机处于维护状态,70：触发放大器故障,398：不可工作报警强制系统待机)，经到现场检查触发器，用同样的方法得出电路板3A11A1板上Q1被击穿。

2 触发器控制板原理及故障分析

2.1 触发器控制板原理

触发电路板3A11A1电原理图中，放电触发定时信号经接收器U1、电平转换器U2及集成电路U3和MOS管专用驱动电路U4，驱动场效应管Q1，输出约200 V触发脉冲。Q1的栅极控制信号是一个宽度4.5 μs，幅度15 V，周期700 μs～3.3 ms的电压信号。漏极与200 V直流电之间是R23，R23阻值330 Ω，200 V直流电经过RC滤波电路(图1)。

工作流程：Q1的漏极与源极间断路时，200 V直流电通过R23和R24给C16充电，C16左边电势是200 V，右边0 V；当Q1的栅极收到4.5 μs控制信号时，Q1的漏极与源极导通，C16电容左边电势瞬间被拉低到0V，由于电容两极电势差不能突变，C16右边电压瞬间被拉低到-200 V，C16电容通过J2的2脚放电，电压-200 V的脉冲，脉冲宽度4.5 μs，该电压会送到调制器内可控硅放电控制板上的X1与X2上。-200 V的脉冲电压送到可控硅控制板U1(图2)，U1是一个变压器，1个输入端，8个输出端，经过U1变压器后，8个输出端电压均为-25 V，这个-25 V电压用来控制可控硅导通。由于篇幅有限，此处仅作了简单介绍。

图1 RC滤波电路图Fig.1 Circuit diagram of RC filter

图2 可控硅控制板U1电路图Fig.2 Circuit diagram of thyristor control board U1

2.2 故障分析

①触发器控制板3A11A1上Q1被击穿，栅极、漏极与源极之间两两短路，怀疑栅极电流过大，原栅极输入电流是15 V/10 Ω=1.5 A。Q1短路后，来自J2的3脚200 V直流电与地之间只有一个330 Ω的电阻R23，加在R23电阻上的功率是(200 V×200 V)/330 Ω =121 W，导致R23发热烧焦变黑。

②由于故障多数出在刚开机时，发射机在开辅助电的一瞬间，确实偶尔会产生一个错误的控制脉冲，脉冲宽度可以达到毫秒级，所以怀疑故障原因是发射机辅助供电开电的一瞬间，栅极处产生错误的控制脉冲，控制脉冲宽度远大于4.5 μs，且此时漏极已有200 V直流供电，导致Q1导通时间过长被击穿烧坏。Q1漏源电压，在开关电的瞬间，有浪涌电压，瞬间电压值会超过500 V，Q1允许的最大漏源电压为500 V。

③综合考虑，还有可能是上电瞬间，调制器内可控硅接收到来自触发器输送的电压后，由于设计原因，可控硅正端电压-200 V，对地端电压0 V，之前使用的绝缘套杆较薄，且可控硅末端与整个绝缘套杆未作绝缘处理，整体连通成为地端，瞬间电压击穿绝缘层，使得可控硅正端变得与地端等电势，此时电压反冲，导致触发器内控制板3A11A1的Q1被击穿，长时间导通情况下烧坏R23。

3 故障处理

①更换烧毁的电阻R23。同时将Q1栅极输入电阻R29的阻值由之前的10 Ω换成20 Ω。

②更换触发器内控制板3A11A1上Q1耐压值为800 V的型号的场效应管，且在漏极和源极间增焊接电容滤波。

③在D19二极管P1000M两端加焊电容(图3)，目的是增强其抗瞬间电压冲击的能力，防止被击穿。当有瞬间过高电压时，增加的电容起到吸收多余能效的作用，从而保护D19不被烧毁。

④检查发现电路板上电容C34(50V220uF)焊接安装时存在缺陷，紧贴电路板安装，且接触压在电路板的走线上，存在隐患，故在电容C34底端作增加绝缘垫片处理(图4)。

⑤针对可控硅连接固定的绝缘套杆较薄情况，更换较厚的绝缘套杆，并在可控硅金属固定杆末端加上绝缘垫片(图5)，使得可控硅的末端与金属固定杆处于良好绝缘。

图3 二极管两端加焊电容 图4 电容底端绝缘处理 Fig.3 Welding capacitance at both ends of diode Fig.4 Insulation treatment of capacitor bottom

图5 可控硅末端与金属固定杆绝缘处理Fig.5 Insulation treatment of SCR end and metal fixing rod

4 结论

触发器故障是多种元器件之间工作时互相牵制的共同影响，应综合分析考虑导致其故障的关联节点，不能就更换单一个别电子元件使问题得以解决。六盘水雷达系统触发器故障现象经过上述一系列维修及处理之后，已正常运行3个月，至今触发器再无此类故障发生，说明通过上述处理措施有效，但是类似故障是否能一次性完全解决，还有待继续观察。

雷达系统发生故障时，首先要根据报警信息结合维修版面的指示报警情况作出相应的判断，并初步判断故障原因，故障位置，雷达保障维护人员要牢记熟悉关键检测点的波形、电压等参数范围。每个雷达站均配有简单的检测仪器如示波器、功率计、万用表等，雷达保障维护人员要熟悉并会使用这些仪器进行基本的测量工作。

雷达触发器故障大部分发生在雷达站停电或开关机时刻，故障发生后，首先识别报警信息是否是触发器故障所致；其次检查触发器内部各元器件有无烧毁变黑的现象，着重检查Q1、Q23等主要器件是否发热烧坏，使用万用表测试主要器件通断情况，避免因某些器件老化或者失效，引起其他故障的发生；接着检查触发器控制板的测量点波形和电压，根据检测情况判断故障器件，并进行排除；最后故障未消除之前，不要盲目重新上电开机启动，以免引发二次故障，造成更大的损失。