CN100498360C - 一种电涌保护器防雷器件失效分析的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种电涌保护器防雷器件失效分析的装置，包括：一整流滤波电路；一DC/DC变换器；一DC/AC变换器，用于将来自所述DC/DC变换器的直流电压进行变换，变成预定频率的交流电压；一限流电路，串联在DC/DC变换器与DC/AC变换器的回路中；一电流采样，串联在DC/DC变换器与DC/AC变换器的回路中，用于将流过电涌保护器的电流转换成电压信号；一电流放大电路，用于将来自所述电路采样的电流信号进行放大，送给所述DC/DC变换器，以保证流过电涌保护器的电流不变。本发明装置由于采用了先进闭环控制技术，达到了实时调节流过SPD的电流的效果，使设备的成本大大降低，同时提高了测试测试的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及防雷技术领域的一种装置，更具体地说，涉及一种防雷器、压敏电阻、放电管等电涌保护器SPD防雷器件的失效分析的装置。
背景技术
雷击是一种自然现象，在雷击的中心1.5～2KM范围内都可能产生危险的过电压而损坏线路上的设备，尤其是近年来，随着以网络为代表的信息化建设的发展，大量的信息设备和紧密仪器的应用日益广泛，这些高精度的设备内部使用了大量的CMOS半导体电路，对过电压和过流的保护能力极其脆弱，因此，对雷电的防护非常重要。
目前，在设备内部的雷电防护大部分是采用SPD来实现的，SPD可用来抑制瞬态过电压以及旁路浪涌电流。SPD器件被分成两大类，一类是开关型如气体放电管；另外一类是限压型的，如压敏电阻和瞬变抑制二极管等。由于SPD在现场使用时存在老化现象或性能降低，在正常电压使用时会导致漏电流增大，时间一长导致SPD爆炸、起火或在雷击的情况下SPD起不到应有的作用，因此在YD/T1235.1标准里面，规定了SPD的热稳定性的要求：
1)SPD通过下表1中每一挡试验电流等级时，都应达到热平衡或使其分离装置的动作。
2)在试验期间，SPD的表面温度应始终低于120℃，分离装置动作后5分钟内，SPD的表面温度应低于80℃。
3)如果SPD分离装置动作，应对SPD施加2Uc的工频电压，持续1分钟，此时应无超过0.5mArms的电流流过SPD。
| 序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 试验电流等级(mArms) | 5000 | 2500 | 1000 | 320 | 80 | 20 |
在YD/T1235.2中规定了SPD热稳定性的试验方法，如图1是YD/T1235.2规定的热稳定性试验示意图；该标准中说明图1中的供电电源的输出电压足够高，以使得SPD中能有5000、2500、1000、320、80、20mArms持续电流流过，容许偏差不能超过±10％。目前，测试时常用的电源和测试电路如图2所示：图中的A101是一个大功率的单相调压器，A102和A104是限流电阻，在实际的应用当中，限流电阻A102和A104可以任选其一，也可以两者都用。A103是隔离升压变压器，将来自调压器的电压升高到足够高，满足测试的需要，A105是检测电流表，用来检测流过SPD的电流，A106是控制开关。这种测试设备和测试方法，存在有下面在几个方面的缺陷。
1)当升压隔离变压器的输出电压超过SPD的动作电压时，流过SPD的电流会迅速增大，电流不易控制，要频繁的调整调压器的输出电压，尤其是在小电流测试时，电流的稳定性更难控制，导致小电流时测试结果不准确。
2)限流电阻A102或A104在小电流和大电流测试时相差特别大，而且对电阻的功率要求很高，当测试电流为5000mA时，限流电阻的功率至少应为5KW到10KW，而且对不同动作电压等级的SPD要配置不同阻值的限流电阻。因此比较难以保证不同电压等级的SPD的测试准确性。
3)这种测试方法与SPD在实际情况下有一定的差别，用这种设备测试时，加在SPD两端的实际电压是随着电流的增大而减小的，而实际应用时，在一定的电流情况下，加在SPD两端的电压基本上是不变的。
4)这种测试设备需要大功率的调压器和隔离升压变压器，设备笨重，操作不便，同时危险性比较大。
由于上述的测试设备存在的缺陷，同时由于每个厂家搭建的测试设备不一样，导致测试结果的不准确，从而导致各个厂家产品性能参差不齐，在实际的应用当中，经常出现SPD失效时不能正常分离，导致爆炸、起火等恶性事故的发生。
因此，现有技术存在缺陷，而有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电涌保护器防雷器件失效分析的装置，克服现有测试设备存在的电流的稳定性难以控制、小电流时测试结果不准确、需要特大功率电流电阻以及设备笨重、操作不便等缺点，具有操作简便，电流控制准确、快速，可以使用于各种电压等级的SPD的测试，且体积小、重量轻，同时它的输出特性与电网的特性基本相似，与SPD的实际使用情况中的电流特性基本一致。
本发明的技术方案如下：
一种电涌保护器防雷器件失效分析的装置，其中，包括：
一整流滤波电路，用于将输入的交流市电整流、滤波，变成直流电压；
一DC/DC变换器，用于将来自所述整流滤波电路的直流电压进行二次变换，转换成直流电压；
一DC/AC变换器，用于将来自所述DC/DC变换器的直流电压进行变换，变成预定频率的交流电压，所述交流电压的频率为50Hz；
一限流电路，串联在DC/DC变换器与DC/AC变换器的回路中，用于将流向电涌保护器的最大电流限制在一定的范围内；
一电流采样，串联在DC/DC变换器与DC/AC变换器的回路中，并与所述限流电路并行设置，用于将流向电涌保护器的电流转换成电压信号，送给电流放大电路；
一电流放大电路，用于将来自所述电路采样的电流信号进行放大，送给所述DC/DC变换器，以调整所述DC/DC变换器的输出电压，保证流向电涌保护器的电流不变。
所述的装置，其中，所述装置还设置一升压变压器，连接到被测试的电涌保护器，用于将所述DC/AC变换器输出的交流电压升高，达到所述电涌保护器的击穿电压。
所述的装置，其中，所述市电为三相，并且所述整流滤波电路包括一三相整流桥，该三相整流桥的输出接电解电容进行滤波。
所述的装置，其中，所述DC/DC变换器包括顺次串联的：一PWM控制器，一第一驱动电路，一桥式变换器，一高频变压器用于进行升压和电气隔离，一整流滤波单元输出电压比较高的直流电压。
所述的装置，其中，所述电流放大电路用运算放大器来实现。
所述的装置，其中，所述DC/AC变换器采用半桥逆变电路，包括顺次串联的：一SPWM波形产生电路用于产生两路互补的SPWM波，一第二驱动电路用于电流放大后发送给所述半桥逆变电路，再经过滤波后产生测试所需要的交流电压。
本发明所提供的一种电涌保护器防雷器件失效分析的装置，与现有技术相比，由于采用了先进闭环控制技术，达到了实时调节流过SPD的电流的效果，不需要人工来不停的调节，提高了设备的使用过程中的安全性，同时大大节省了设备的体积和重量，不需要大功率的调压器和升压变压器，使设备的成本大大降低，同时提高了测试测试的准确度。
附图说明
图1是现有技术的YD/T1235.2规定的热稳定性试验示意图；
图2是现有技术的测试设备的电路原理图；
图3、图4是本发明的各较佳实施例的原理框图；
图5是本发明的一具体实例的整流滤波的实现原理框图；
图6是本发明的实例DC/DC电路的实现原理框图；
图7是本发明的实例DC/AC电路的实现原理框图。
具体实施方式
以下结合附图，将对本发明的各较佳实施例进行较为详细的说明。
本发明的一种电涌保护器防雷器件失效分析的装置，主要构思在于应用了现代控制技术和电力电子技术产生一电流控制幅度的交流50HZ的高压，同时实时调节该电压的幅度，使流过SPD的电流维持在所设定的电流不变，来测试SPD不同漏电流下的保护特性。
如图3所示，本发明所述电涌保护器防雷器件失效分析的装置，包括以下几个部分：
一整流滤波电路A，它的作用是将输入的三相交流市电进行整流、滤波，变成直流电压，输入到后面的DC/DC电路。
一DC/DC变换器B，它的作用是将来自所述整流滤波电路的直流电压进行二次变换，转换成直流电压，输入到后面的DC/AC电路D，DC/DC变换器B的输出电压根据来自限流电路C(用于电流放大)的输出电压实时调节，以保证流过被测SPD的电流保持不变。
一，该限流电路和DC/DC变换器B与DC/AC变换器D串联，它的作用是将流过SPD的最大电流限制在一定的范围内。
一DC/AC变换器D，它的作用是将来自DC/DC变换器B的直流电压进行变换，变成50Hz的交流电压，输入到升压变压器G。
一电流采样E，串联在DC/DC变换器B与DC/AC变换器D的回路中，并与所述限流电路C并行设置，它的作用是将流过SPD的电流转换成电压信号，然后送给电流放大电路F，进行放大处理。
一电流放大电路F，它的作用是将来自电流采样E的电流信号进行放大，然后送给DC/DC变换器B，去调整DC/DC变换器B的输出电压，保证流过SPD的电流不变。
一升压变压器G，它的作用是将DC/AC变换器输出的50Hz的交流电压升高，达到SPD的击穿电压。升压变压器G的输出直接连接到被测试的SPD。如果DC/DC变换器和DC/AC变换器的输出电压设计的足够高，可以达到SPD的击穿电压，那么，可以去掉该G升压变压器，如图4所示。
本发明的具体实施实例中的整流滤波电路A包括整流和滤波功能，本实例中的市电输入可采用三相市电，所以整流电路可以直接采用三相整流桥进行整流，整流桥的输出接电解电容进行滤波。如图5所示的电路原理图。
本发明的具体实例中的DC/DC变换器B，即DC/DC电路的实现可采用全桥DC/DC变换器，其实现框图见图6所示：一PWM控制器输出的PWM驱动信号送给驱动电路，提高驱动能力，然后送给一桥式变换器，该桥式变换器的输出送给一高频变压器进行升压和电气隔离，该高频变压器的输出经过整流和滤波变换成电压比较高的直流电压。所述DC/DC变换器B的输出电压由电流信号来控制，用以保证流过被测SPD的电流保持稳定不变。
在本发明的具体实例中的限流电路可采用功率比较大的电阻，为了减小测试设备的体积，电阻的阻值可以调节，测试大漏电流时，调小电阻的阻值，测试小漏电流时，调大电阻的阻值。所述电流采样用分流器来采样电流。
所述电流放大电路可用运算放大器来实现，放大后的电流信号送DC/DC变换器，控制所述DC/DC变换器的输出电压。
本发明的所述DC/AC变换器可采用半桥逆变电路，其实现框图见图7所示：一SPWM波形产生电路的作用是产生两路互补的SPWM波，可以采用DSP来实现，也可以采用单片机等其他方式来实现。输出的SPWM波经过驱动电路进行电流放大后，送给半桥逆变电路，再经过滤波后就可以产生测试所需要的交流电压。所述DC/AC变换器不需要进行输出电压的闭环控制。
本发明的上述装置，与现有技术相比，由于采用了先进闭环控制技术，达到了实时调节流过SPD的电流的效果，不需要人工来不停的调节，提高了设备的使用过程中的安全性，同时大大节省了设备的体积和重量，不需要大功率的调压器和升压变压器，使设备的成本大大降低，同时提高了测试测试的准确度。
但需要说明的是，上述说明仅是对本发明较佳实施例的详细描述，叙述仅为说明本发明的可实现性及其突出效果，具体特征并不能用来作为对本发明的技术方案的限制，本发明的保护范围应以本发明所附权利要求书为准。
Claims (6)
1、一种电涌保护器防雷器件失效分析的装置，其特征在于，包括：
一整流滤波电路，用于将输入的交流市电整流、滤波，变成直流电压；
一DC/DC变换器，用于将来自所述整流滤波电路的直流电压进行二次变换，转换成直流电压；
一DC/AC变换器，用于将来自所述DC/DC变换器的直流电压进行变换，变成预定频率的交流电压，所述交流电压的频率为50Hz；
一限流电路，串联在DC/DC变换器与DC/AC变换器的回路中，用于将流向电涌保护器的最大电流限制在一定的范围内；
一电流采样，串联在DC/DC变换器与DC/AC变换器的回路中，并与所述限流电路并行设置，用于将流向电涌保护器的电流转换成电压信号，送给电流放大电路；
一电流放大电路，用于将来自所述电路采样的电流信号进行放大，送给所述DC/DC变换器，以调整所述DC/DC变换器的输出电压，保证流向电涌保护器的电流不变。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还设置一升压变压器，连接到被测试的电涌保护器，用于将所述DC/AC变换器输出的交流电压升高，达到所述电涌保护器的击穿电压。
3、根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述市电为三相，并且所述整流滤波电路包括一三相整流桥，该三相整流桥的输出接电解电容进行滤波。
4、根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述DC/DC变换器包括顺次串联的：一PWM控制器，一第一驱动电路，一桥式变换器，一高频变压器用于进行升压和电气隔离，一整流滤波单元输出电压比较高的直流电压。
5、根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述电流放大电路用运算放大器来实现。
6、根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述DC/AC变换器采用半桥逆变电路，包括顺次串联的：一SPWM波形产生电路用于产生两路互补的SPWM波，一第二驱动电路用于电流放大后发送给所述半桥逆变电路，再经过滤波后产生测试所需要的交流电压。
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