電視發射機液冷系統原理剖析

【摘 要】本文以意大利優康公司ETL1W590TAVE 10kW電視發射機液冷系統為例，簡要介紹電視發射機液冷系統的原理、功能和控制，為國產發射機在液冷系統的設計和思考提供一些借鑒和參考。

【關鍵詞】發射機；LDMOS；液冷；穩定性；壽命

0 綜述

電視發射機的冷卻效率，一直以來都被認為是影響發射機運行穩定性指標的一個主要因素。液冷方式與傳統的風冷方式相比，具有高可靠性和強冷卻效果。從觀念上講，采用液冷技術還體現了節能環保的思維理念。它不但有利于降低設備噪聲、減少能耗、提高熱源的散熱效率，同時也成倍地增加了LDMOS射頻功率晶體管的使用壽命。液冷技術在很大程度上提高了發射機的穩定性，大大降低發射機的故障率。

意大利優康公司生產的ETL1W590TAVE液冷10kW米波Ⅲ波段電視發射機，非常適應模擬電視發射機向數字電視發射機過渡的要求。該發射機既可工作在數字電視DTV模式、也可工作在模擬電視ATV模式。我們只需通過控制面板上的切換按鍵，將模擬切換到數字工作方式，再通過數字激勵器簡單的軟硬件升級，就可將發射機模擬工作模擬轉換為所需的數字工作模式。而其中關鍵技術之一就是要具備一套高效率的發射機冷卻系統。

1 發射機功率放大器

發射機主要由隔離電源變壓器和配電分配器的機柜、雙激勵器、功率分配器、功率放大器、功率合成器、帶通濾波器、中央控制單元和液冷系統組成。對于ETL1W590TAVE發射機，其功率放大器采用LDMOS FET技術，提供高線性、高增益、高可靠性的AB類寬帶單通道放大，它是發射機系統中的最大熱源體。它采用液冷系統對功率放大器的8×1.4KWps功放單元進行散熱冷卻和溫度調節，經功率放大器放大的信號通過功率合成器得到10KW額定輸出功率，對于數字發射機，其額定功率是發射機的同步頂功率，而模擬發射機額定功率是發射機的平均功率，可見數字發射機對功放輸出的要求更高。功率放大器內部邏輯控制保護電路和微處理器負責監控4個開關電源和每個LDMOS放大管的工作狀態，包括電流、電壓、溫度、入射功率、反射功率等，以及功放管溫度和冷卻液的出/入溫度。

2 液冷系統

液冷系統包括了每個1.5KW功放模塊中的液冷散熱板、吸收負載液冷散熱板、兩組水泵、水泵柜、熱交換器、循環水過濾器、溫度傳感器和流量傳感器等部件，冷卻系統控制單元與中央控制單元進行通訊。

2.1 冷卻系統采用全封閉式設計，冷卻液采用Nofrost N30 N型防凍劑（主要成分為乙二醇、防腐蝕和防結垢物質） 和軟化水的混合液（Antifrogen N Clariant 30%），它能夠在發射機室外溫度低于-20℃時正常工作。對于有8個液冷散熱板的系統，典型的冷卻液流速設定為50lt/min。

2.2 冷卻液經蛇形冷卻管道循環，通過功率晶體管和開關電源相接的散熱板對每個1.5KW功率放大器進行冷卻，使功放管緣體溫差小于15℃，并保證每個功率放大器的冷卻液出/入口溫差≤4.3℃，從而使功率放大器有源器件的溫度迅速降低，延長系統使用壽命。

2.3 泵單元設計中使用了兩個串聯水泵可大大增加冗余量，冷卻系統可根據設定的工作模式進行單獨工作或同時工作，每一個單水泵可連接另一水泵旁路進行工作。當某一個水泵出現故障時，無須停機就可對故障水泵進行更換而不影響整個冷卻系統的正常工作。

2.4 液冷系統中配有一個三通冷熱混合閥，此閥內部采用了對溫度敏感的可熱脹冷縮材料。根據冷卻液溫度來控制流向閥，自動控制冷卻液的流向和流量。一般情況溫度高的冷卻液流向外部熱交換器散熱。當溫度在設定溫度范圍（本機控制溫度設置在20℃±2℃）時，一部分冷卻液通過三通冷熱混合閥直接流回發射機，主要在“室內”循環，而很少部分通過外部熱交換器散熱，在非常冷的室外溫度環境下這種冷卻方式對發射機特別有利。

2.5 液冷控制單元可設定手動或自動模式，對液冷系統中的水泵和熱交換器風機進行控制，同時監測整個液冷系統的詳細運行狀態信息（包括流量、壓力、溫度等）。

3 發射機中央控制單元

中央控制單元用在雙激勵器發射機系統中，來監測和控制激勵器、所有放大器和液冷系統的參數（冷卻液入/出溫度），并監測整機的輸出功率和反射功率，并提供RS232串行口和RS485串行口作為遠程控制監控接口，使用超級終端軟件在現場及時查看發射機運行狀態。

中央控制單元為雙路供電，在遭遇突然停電而恢復后，控制單元將可使發射機自主恢復其在停電之前的狀態下工作。在中央控制單元斷電的情況下，發射機將繼續在半自動狀態下安全運行，使發射機可照常工作，也可對激勵器和功率放大器做相關按鍵設置，使各功能模塊獨立于中央控制單元運行。

4 整機連鎖控制原理

中央控制單元開機啟動后，首先送出使能（Enable）信號到冷控制單元，冷控制單元收到后，啟動液冷自動控制過程。待工作正常后，馬上送回準備好（READY）信號至中央控制單元，如中央控制單元沒收到從液冷控制單元來的READY信號，發射機進入警告狀態，仍繼續工作。

5 結束語

近幾年來，國內有不少發射機廠家都在不斷探索和研究液冷發射機，但在應用技術方面，特別是在液體密封技術、冷效率等難題上一直都沒有大的突破，在功率器件的使用上也滯后于國外很多年，使得國內發射機的穩定性難以滿足用戶要求。

ETL1W590TAVE液冷10kW米波Ⅲ波段電視發射機激勵器為模擬電視/數字電視雙模式激勵器，冷方式采用了全密閉液冷系統，功率放大器采用LDMOS FET技術，配備了性能超群的中央控制單元和ALC控制技術等等，它不但降低了噪聲、減少了能耗、節能環保、提高了散熱效率，還成倍地提高了LDMOS射頻功率晶體管的使用壽命，使發射機的穩定性大幅度地提高，從而降低了發射機的故障率。對于要引進整個設備并成功應用來說，現階段的價格的確比較昂貴，但其高可靠性和良好的冷效果是被業內認同的。希望本文對液冷發射機相關技術的研究和探討有一定的參考借鑒作用。

[責任編輯：劉帥]