CN101854159A

CN101854159A - 一种电快速瞬变脉冲群发生器

Info

Publication number: CN101854159A
Application number: CN200910048714A
Authority: CN
Inventors: 赵大勇; 杨晓波
Original assignee: SHANGHAI LIONCEL ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI LIONCEL ELECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2009-04-01
Filing date: 2009-04-01
Publication date: 2010-10-06

Abstract

本发明公开了一种电快速瞬变脉冲群发生器，其包括电源系统、键盘单元、显示单元、主控单元、高压电源、蓄能电容、主电容、频率发生电路、主开关、波形回路和耦合去耦合电路，主控单元控制高压电源达到设定电压对蓄能电容进行充电，蓄能电容通过充电回路对主电容进行充电，主控单元根据设定频率产生相应控制信号控制主开关的开通关断，当主开关开通时，主电容经过波形回路形成干扰波形；当主开关关断时，蓄能电容对主电容续能，进行充电；频率发生电路用于产生控制主开关的PWM信号，当开关在主控单元频率发生电路产生的不同频率的PWM信号的控制下，按照不同频率切换来产生不同频率的电快速瞬变波形。本发明提高发生器的自身抗干扰能力。

Description

一种电快速瞬变脉冲群发生器

技术领域

本发明涉及一种干扰模拟发生技术，特别是涉及一种电快速瞬变脉冲群发生器。

背景技术

用于电子产品的干扰模拟发生器，是电快速瞬变脉群抗扰度试验的仪器，根据国际标准化组织(ISO)关于IEC61000-4-4《Testing and measurementtechniques-Electrical fast transient/burst immunity test 2004》(即《电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验2004》)标准的要求，在电快速瞬变脉冲群抗扰度试验须形成快速瞬变脉冲(fast transient/burst)的干扰波形，该波形最大峰值为6KV，频率设计为500Hz～1MHz，该发生器的关键在设计直流高压源，波形发生电路，波形频率控制电路，抗干扰电路设计，上述电路设计具有很大难度。

目前一般获取高压源的做法采用升压变压器升压整流滤波原理获取高压源，本产品采用程控技术控制高压源，在电压精度、输出线性度、程控技术和输出纹波处理为技术难点，为达到预期设计目标需要设计高压电源。波形发生电路要求产生上升时间为5nS，宽度为50nS的波形，峰值电压最高达到6KV，重复频率达到1MHz的波形，需要选择高速耐高压的开关作为波形发生电路的主开关，这是本产品的又一技术难点。其次，波形频率控制需要满足时间精度，频率宽范围可调整，普通的单片机定时采用软件算法模拟不能满足要求，因此设计主开关的控制电路为本产品的另一技术难点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术的缺陷，提供一种电快速瞬变脉冲群发生器，电压为0～6590V可调，脉冲重复频率为0.5KHz～1000KHz可调，源输出以及内置耦合去耦合测试网络。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种电快速瞬变脉冲群发生器，其特征在于，其包括电源系统、键盘单元、显示单元、主控单元、高压电源、蓄能电容、主电容、频率发生电路、主开关、波形回路和耦合去耦合电路，其中主控单元控制高压电源达到设定电压对蓄能电容进行充电，蓄能电容通过充电回路对主电容进行充电，主控单元根据设定频率产生相应控制信号控制主开关的开通关断，当主开关开通时，主电容经过波形回路形成干扰波形；当主开关关断时，蓄能电容对主电容续能，进行充电；频率发生电路作用用于产生控制主开关的PWM信号，当开关在主控单元频率发生电路产生的不同频率的PWM信号的控制下，按照不同频率切换来产生不同频率的电快速瞬变波形。

优选地，所述高压电源包括逆变电路、BUCK预稳电路、串联谐振变换电路、整流倍压电路、取样电路和控制器，24V直流输入经过逆变电路将直流电转换成交流电，该逆变电路受高压电源内部的控制器控制，交流电经过BUCK预稳电路预稳后，再经过串联谐振变换电路由变压器耦合，最后经过整流倍压电路整流倍压，得到高压直流电源，取样电路对高压输出电压进行采样跟踪，并将输出值反馈至控制器。

优选地，所述波形回路为波形发生电路，该波形发生电路为共模干扰发生电路。

优选地，所述波形发生电路包括充电限流电阻，主电容，极性控制开关，波形形成电阻和积分电路。

优选地，所述频率发生电路包括8254芯片、三个定时器和主控芯片，将三个定时器进行级联，通过主控芯片对8254芯片相应通道定时器的模式以及定时间隔进行设置，8254芯片按设置进行定时计数，产生相应频率的PWM信号。

优选地，所述8254芯片为可编程定时器。

优选地，所述电快速瞬变脉冲群发生器是一种用于电子产品的干扰模拟发生器，是电快速瞬变脉群抗扰度试验的仪器。

优选地，所述电快速瞬变脉冲群发生器是一类电磁兼容抗扰度测试仪器，用于测试电子电气系统对电快速瞬变干扰的抵抗能力。

本发明的积极进步效果在于：本发明的频率发生电路不同于普通单片机PWM发生器，频率范围宽；也不同于单片机软件算法模拟产生PWM波，定时精度高，频率范围宽，不占用CPU时间。耦合去耦合回路采用数字控制系统方式，操作方便，人机接口良好。耦合路径最短，波形一致性好。频率发生电路采用光电隔离，输出级采用三极管集电极输出，增加输出驱动能力，减小分布效果，提高系统自身抗干扰能力。

附图说明

图1为本发明电快速瞬变脉冲群发生器原理框图；

图2为本发明用高压电源原理框图；

图3为本发明用波形发生电路原理图；

图4为本发明用频率发生电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明电快速瞬变脉冲群发生器是一种用于电子产品的干扰模拟发生器，是电快速瞬变脉群抗扰度试验的仪器，而且也是一类电磁兼容抗扰度测试仪器，用于测试电子电气系统对电快速瞬变干扰的抵抗能力。该电快速瞬变脉冲群发生器包括电源系统、键盘单元、显示单元、主控单元、高压电源、蓄能电容、主电容、频率发生电路、主开关、波形回路和耦合去耦合电路，其中主控单元控制高压电源达到设定电压对蓄能电容进行充电，蓄能电容通过充电回路对主电容进行充电，主控单元根据设定频率产生相应控制信号控制主开关的开通关断，在主开关开通时，主电容经过波形回路放电形成fast transient/burst的干扰波形，主控单元控制耦合去耦合电路将干扰按照设定通道耦合到被试品(ETU，Equipment Under Test)电源中去，或者按照源输出方式输出干扰波形，该耦合去耦合电路采用数字控制系统方式，操作方便，人机接口良好，耦合路径最短，波形一致性好。当主开关关断时，蓄能电容对主电容续能，即进行充电。频率发生电路用于产生控制主开关的PWM信号。当主开关在主控单元频率发生电路产生的不同频率的PWM(脉宽调制)信号的控制下，按照不同频率切换，从而产生不同频率的电快速瞬变波形。本发生器的参数设置通过键盘单元进行输入，参数显示由显示单元电路完成。电源系统采用220V，50HZ交流电经过电源接口和开关电源转换出多路直流电源对发生器供电。

如图2所示，高压电源包括逆变电路、BUCK预稳电路、串联谐振变换电路、整流倍压电路、取样电路和控制器，其中高压电源为一种模拟DA电压给定可控制的高精度高压电源，该高压电源电路接口简单，控制精度高，线性度好。其原理为电源内部控制器控制下将直流24V电经过逆变，BUCK预稳电路变换，以及电压升压，整流倍升处理，输出高压直流电。具体原理为：24V DC(直流)输入经过逆变电路将直流电转换成交流电，该逆变电路受高压电源内部的控制器控制，交流电经过BUCK预稳电路预稳后，再经过串联谐振变换电路的电流放大后由变压器耦合，最后经过整流倍压电路整流倍压，得到高压直流电源。控制电压由电压给定控制，控制电压输入为0～5V，对应线性控制0～8KV。取样电路对高压输出电压进行采样跟踪，并将输出值反馈至控制器，该电源对外接口采用电压给定，控制器对内部采用跟踪给定电压闭环控制，采用PID(Proportional-Integrating-Differentiation，比例-积分-微分)调节，控制精度高。

如图3所示，波形回路为动态响应快且频率一致性好的波形发生电路，该波形发生电路为共模干扰发生电路，其是对一高频小电容进行充电，控制主开关的开通和关断，使主电容经过波形发生电路进行放电，形成快速瞬变波形，其主要组成部分为充电电阻，主电容，波形持续电阻，前沿调整回路，隔直电容，阻抗匹配电路，以及抬升后沿的积分电容等。波形发生电路原理图原理为：电阻R201～R206为充电限流电阻，控制高压电源和蓄能电容对主电容充电速度，限制回路电流。电容C201～C206为1.022nF电容为波形发生电路的主电容，该电容采用瓷片电容，特点是高频特性好，频率一致性好。可以满足设计对频率的宽范围要求。使波形对频率保持稳定。开关J1～J4为极性控制开关，J3～J4闭合，J1～J2断开时，输出正脉冲波形；J3～J4断开，J1～J2闭合时，输出负脉冲波形。R207和R208为波形形成电阻，其中C207和R207构成积分电路，让波形前沿变缓，控制前沿参数，电阻R208主要决定波形的持续时间。R209，C209和C208的等效电路主要起两个方面的作用：其一是阻抗匹配，使波形发生电路的内阻抗为50欧姆；其二是隔直作用，串接在电路中起微分作用。C210并接在波形回路输出级，起积分作用，抬高波形输出尾部，增加波形的能量以加强信号的干扰强度。开关J5～J9为耦合选通开关，用于选通相应的耦合路径或者控制源输出，电容C211～C215为耦合电容，主要起到耦合作用，将干扰波形传递到相应的输出通道，同时隔断输出通道的其它电成分进入波形发生电路。控制方式采用按键控制，操作方便，人机接口良好。耦合路径短，波形传递损坏小，波形一致性好。

如图4所示，频率发生电路为宽频率范围的PWM发生器，最高频率可达到1MHz，其包括8254芯片，8254芯片内部含三个定时器单元和主控芯片，将三个定时器进行级联，通过主控芯片对8254芯片相应通道定时器的模式以及定时间隔进行设置，8254芯片按设置进行定时计数，产生相应频率的PWM控制信号。其原理为：8254芯片为可编程定时器，芯片的1～8脚为芯片的数据总线，连接控制芯片的数据总线，用于数据交换。21、22和23脚为芯片的片选，读写控制信号线，连接至控制芯片相应输入输出脚，用于控制对8254内部寄存器的操作。19和20脚为8254芯片的内部地址选择线，用于选通内部的三个通道的控制。该芯片具有三个定时器可供使用。该芯片采用三通道级连的方式发生频率。0通道的输出用于产生1通道的CLK信号，为1通道的技术最小时间单元，1通道的输出控制2通道的定时起停，2通道产生通过预至数定时，从OUT口输出频率可调节的PWM波形，用于控制主开关的开通和关断。OP9(6N137)以及相应的外围电路为光电隔离电路，其作用有二点：其一、用于产生驱动主开关的电信号；其二、光电隔离，隔断波形发生电路通过线路传导方式干扰主控单元，增强系统自身的抗干扰能力，同时也增加了原始控制信号的驱动能力。经过上述组合，2通道的定时器通过设置不同的计数值，设定不同的定时间隔，将产生不同频率的PWM波形，最高可达到1MHz。该原理的独特是不同于普通单片机PWM发生器，频率范围宽；也不同于单片机软件算法模拟产生PWM波，定时精度高，频率范围宽，不占用CPU时间。该频率发生电路采用光电隔离，输出级采用三极管集电极输出，增加输出驱动能力，减小分布效果，提高系统自身抗干扰能力。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims

1.一种电快速瞬变脉冲群发生器，其特征在于，其包括电源系统、键盘单元、显示单元、主控单元、高压电源、蓄能电容、主电容、频率发生电路、主开关、波形回路和耦合去耦合电路，其中主控单元控制高压电源达到设定电压对蓄能电容进行充电，蓄能电容通过充电回路对主电容进行充电，主控单元根据设定频率产生相应控制信号控制主开关的开通关断，当主开关开通时，主电容经过波形回路形成干扰波形；当主开关关断时，蓄能电容对主电容续能，进行充电；频率发生电路作用用于产生控制主开关的PWM信号，当开关在主控单元频率发生电路产生的不同频率的PWM信号的控制下，按照不同频率切换来产生不同频率的电快速瞬变波形。

2.如权利要求1所述的电快速瞬变脉冲群发生器，其特征在于，所述高压电源包括逆变电路、BUCK预稳电路、串联谐振变换电路、整流倍压电路、取样电路和控制器，24V直流输入经过逆变电路将直流电转换成交流电，该逆变电路受高压电源内部的控制器控制，交流电经过BUCK预稳电路预稳后，再经过串联谐振变换电路由变压器耦合，最后经过整流倍压电路整流倍压，得到高压直流电源，取样电路对高压输出电压进行采样跟踪，并将输出值反馈至控制器。

3.如权利要求1所述的电快速瞬变脉冲群发生器，其特征在于，所述波形回路为波形发生电路，该波形发生电路为共模干扰发生电路。

4.如权利要求3所述的电快速瞬变脉冲群发生器，其特征在于，所述波形发生电路包括充电限流电阻，主电容，极性控制开关，波形形成电阻和积分电路。

5.如权利要求1所述的电快速瞬变脉冲群发生器，其特征在于，所述频率发生电路包括8254芯片、三个定时器和主控芯片，将三个定时器进行级联，通过主控芯片对8254芯片相应通道定时器的模式以及定时间隔进行设置，8254芯片按设置进行定时计数，产生相应频率的PWM信号。

6.如权利要求5所述的电快速瞬变脉冲群发生器，其特征在于，所述8254芯片为可编程定时器。

7.如权利要求1所述的电快速瞬变脉冲群发生器，其特征在于，所述电快速瞬变脉冲群发生器是一种用于电子产品的干扰模拟发生器，是电快速瞬变脉群抗扰度试验的仪器。

8.如权利要求1所述的电快速瞬变脉冲群发生器，其特征在于，所述电快速瞬变脉冲群发生器是一类电磁兼容抗扰度测试仪器，用于测试电子电气系统对电快速瞬变干扰的抵抗能力。