CN102175898B

CN102175898B - 一种高电压三角电压波发生器的制作方法及一种高电压三角电压波发生器

Info

Publication number: CN102175898B
Application number: CN 201010617571
Authority: CN
Inventors: 杨直文
Original assignee: DONGGUAN XIN BOLAI ELECTRIC Co Ltd
Current assignee: DONGGUAN XIN BOLAI ELECTRIC Co Ltd
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2010-12-31
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2030-12-31
Also published as: CN102175898A

Abstract

一种高电压三角电压波发生器的制作方法及其高电压三角电压波发生器，涉及在防雷元器件SPD的测试仪器等所使用的高电压三角电压波发生器的制作方法及其高电压三角电压波发生器。其制作方法，把高电压三角波拆解成至少两个1100V电压三角波单元进行同步叠加。一种高电压三角电压波发生器，包括n个1100V电压三角波单元；每个所述1100V电压三角波单元包括电子开关、隔离电源模块、电子开关的驱动电源及光电耦合器，还包括将n个所述1100V电压三角波标准单元生成的波头波形及波尾波形二合一形成整体高电压三角电压波的形成输出电路，电源模块及直流电源。其有益效果在于：体积小，便于携带，便于在现场对防雷元器件SPD进行测试。

Description

一种高电压三角电压波发生器的制作方法及一种高电压三角电压波发生器

技术领域

本发明涉及在防雷元器件及电涌保护装置SPD的电气参数测试仪器等所使用的高电压三角电压波发生器的制作方法及其高电压三角电压波发生器，尤指一种在防雷元器件和电气参数测试时常用的上升斜率为1000V/uS和波头为10uS波尾为700uS的10/700uS的高电压三角电压波发生器的制作方法及其高电压三角电压波发生器。其幅值大小及波形定义依照执行标准：IEC61643.311、GB/T18802.311。

背景技术

随着防雷技术的不断发展，按国际电工委员会IEC及国标GB标准要求，对防雷元器件及电涌保护装置SPD的电气参数测试并不只满足于工厂及实验室的测试，使用现场的测试要求越来越多。 (如1000V/uS , 10/700uS等)高电压三角电压波发生器用以对电涌保护装置SPD电气参数现场测试的要求越来越多。

目前广泛使用的符合IEC及国标GB标准要求的高电压三角电压波发生器存在以下不足：

a、体积大，由于主要使用高压变压器及高压机械开关，导致体积较大，很难做成便携式或手持式。图2为现有技术的10/700uS 波形发生器示意图，由于采用工频高压升压变压器，其体积不能做到小巧，绝缘也需要特殊工艺来完成。其高压放电开关由于高电压，大电流的缘故无法做到小巧。

b、高压机械开关触点在高电压大电流状态下容易拉弧烧蚀。

C、机械触点容易引起波形的抖动，引起波形的失真，如图3所示。

d、放电瞬间有一定的噪声，易引起测试人员的不舒服。

防雷元器件及电涌保护装置SPD市场需要一种便于实验室、工厂及使用现场测试的便携式高电压三角电压波发生器，并且在高电压大电流状态下不会拉弧烧蚀、波形无失真及无放电噪声等。

发明内容

本发明旨在针对现有技术的上述不足及市场需求，推出一种符合IEC及国标GB标准要求的高电压三角电压波发生器的制作方法及其高电压三角电压波发生器。用该方法制作的高电压三角电压波发生器，其体积小，便于携带，便于在现场对防雷元器件及SPD进行测试，同时在高电压大电流状态下不会拉弧烧蚀、波形无失真及无放电噪声等。

为了实现上述目的，完成上述任务，本发明一种高电压三角电压波发生器的制作方法及其高电压三角电压波发生器采用如下技术方案：

本发明一种高电压三角电压波发生器的制作方法，把高电压三角波拆解成至少两个1100V电压电压三角波单元进行同步叠加。

本发明一种高电压三角电压波发生器，包括n个1100V电压电压三角波单元，其中n为等于2或大于2的正整数。

对上述一种高电压三角电压波发生器的技术方案进行进一步阐述：

一种高电压三角电压波发生器，每个所述1100V电压三角波单元包括电子开关、隔离电源模块、电子开关的驱动电源、以及作为所述1100V电压三角波单元的同步及叠加的光电耦合器，还包括将n个所述1100V电压三角波单元生成的波头波形及波尾波形二合一形成整体高电压三角电压波的形成输出电路，电源模块及直流电源；电子开关为工作在开关状态的晶体三极管Q1；所述电源模块的输入端通过开关与所述直流电源连接，所述电源模块的输出端为所述驱动电源；隔离电源模块的输入端通过开关与所述直流电源连接，隔离电源模块的两输出端分别与作为电子开关的晶体三极管Q1的集电极、晶体三极管Q1的发射极电阻R3相连接；所述光电耦合器的发光驱动端分别经R1通过启动开关的常开接点与限流电阻R9同直流电源的正极、直流电源的负极相连；所述光电耦合器的输出端做为晶体三极管Q1的基极与驱动电源3相连的开关，光电电耦合器的输出端的发射极经R2与晶体三极管Q1的基极相连，光电电耦合器的输出端的集电极经隔离二极管D1与驱动电源相连；所述形成输出电路连接于作为电子开关的晶体三极管Q1的输出端的发射极。

所述直流电源为12VDC。

隔离电源模块为12VDC-1100V DC隔离电源模块，系采用30Kz正弦振荡器升压整流滤波得到约1100VDC电压，包括晶体三极管Q2、晶体三极管Q3、线圈L1 、电阻R6、电容C6、电容C7、变压器T1、二极管D11、二极管D12 、二极管D13、二极管 D14、二极管 D15 、二极管D16 、二极管D17及二极管 D18，变压器T1为三绕组高频变压器，晶体三极管Q2的发射极及晶体三极管Q3的发射极并联后连接所述直流电源的负极，晶体三极管Q2的基极与变压器T1的初级绕组L3的一端连接，变压器T1的初级绕组L3的另一端与晶体三极管Q3的基极和电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与线圈L1的一端及变压器T1的初级绕组L2的一端连接，线圈L1的另一端通过开关与所述直流电源的正极连接，变压器T1的初级绕组L2具有抽头，变压器T1的初级绕组L2的抽头与晶体三极管Q2的的集电极及电容C6的一极连接，电容C6的另一极与晶体三极管Q3的集电极；变压器T1的次级绕组L3的两端与二极管D11、二极管D12 、二极管D13、二极管 D14、二极管 D15 、二极管D16 、二极管D17、二极管 D18及电容C7构成的整流滤波电路的输入端连接，电容C7的两端为整流滤波电路的输出端，亦即隔离电源模块的输出端，输出1100VDC电压。

电子开关的驱动电源由一个n组隔离12VDC-6×12VDC的所述电源模块的输出端提供。

n组隔离12VDC-6×12VDC的所述电源模块包括晶体三极管Q4、晶体三极管Q5、多绕组变压器T2、R7、C8及线圈L5，还包括与所述变压器T2的6组次级绕组对应配置的由二极管D21、二极管D22、二极管D23、二极管D24及电解电容C9组成的整流滤波电路，晶体三极管Q4和晶体三极管Q5的发射极并联后所述直流电源的负极连接，晶体三极管Q4的基极与所述变压器T2的初级绕组L7的一端连接，所述变压器T2的初级绕组L7的另一端与电阻R7的一端及晶体三极管Q5的基极连接，电阻R7的另一端与线圈L5的一端及所述变压器T2的初级绕组L6的一端连接，线圈L5的另一端与所述直流电源的正极连接，所述变压器T2的初级绕组L6具有抽头，所述变压器T2的初级绕组L6的抽头与电容C8的一极及晶体三极管Q4的集电极连接，所述变压器T2的初级绕组L6的另一端与电容C8的另一极及晶体三极管Q5的的集电极连接；所述变压器T2的6组次级绕组中每一组分别与对应配置的由二极管D21、二极管D22、二极管D23、二极管D24及电解电容C9组成的整流滤波电路的输入端连接，每一组的电解电容C9输出电压12VDC以作为其中一所述电子开关的所述驱动电源。

所述形成输出电路包括波头电阻R4、波尾电阻R5、波头电容C1及输出电阻R8，波头电阻R4的一端与作为电子开关的晶体三极管Q1的发射极连接，波头电阻R4的另一端与波头电容C1电极的一极、波尾电阻R5的一端及输出电阻R8的一端连接，波头电容C1电极的另一极与波尾电阻R5的另一端及隔离电源模块输出端1100VDC电压的负极连接，从输出电阻R8的另一端输出高电压三角电压波。

设置电源开关及启动开关及与直流电源配置，还设置继电器。

同现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、采用n个电子开关来代替机械高压开关，并且作为电子开关的晶体三极管选用BU508A，BU508A最大开关电流15A，最大开关电压1500V，最大开关频率7MHz，用它作为1100VDC电压电流小于2A的电子开关是完全满足要求的。采用n个BU508A的电子开关做成的开关电路叠加取代高压机械触点开关。

2、用n个12VDC-1100V DC隔离电源模块代替传统工频高压变压器。

12VDC-1100V DC隔离电源模块采用30Kz正弦振荡器升压整流滤波得到约1100VDC电压，具有体积小效率高，体积仅为44mm×21mm。

3、用单个n组隔离12VDC-6×12VDC电源模块作为BU508A的开关驱动电源。其原理图如图5,其体积为88mm×42mm。

4、用n个光电耦合器作作为低压三角波单元的同步及叠加，隔离度好同步一致性可靠。

5、本发明可实现1000V/uS , 10/700uS等高电压三角电压波幅值为n×1100KV的电压输出，IEC61643.311、GB/T18802.311要求1000V/uS , 10/700uS等高电压三角电压波幅值为n×1100KV，其他电压只要调整12VDC-1100V DC隔离电源模块输入电压即可得到其他低于n×1100KV的幅值的1000V/uS , 10/700uS等高电压三角电压波。参数调整方便实用。

6、本发明可实现1000V/uS , 10/700uS等高电压三角电压波通用性电路， 2合1波形形成输出电路其PCB板可通用，只需改变元件的参数便可得到1000V/uS或10/700uS等其他三角电压波。

总之，本发明高电压三角电压波发生器，其体积小，便于携带，便于在现场对防雷元器件SPD进行测试，同时在高电压大电流状态下不会拉弧烧蚀、波形无失真及无放电噪声等。

附图说明

图1现有技术1000V/uS ，10/700uS 6KV电压波发生器通用电路示意图；

图2现有技术机1000V/uS ，10/700uS 6KV电压波发生器因机械触点引起的波形抖动图；

图3本发明高电压1000V/uS和10/700uS三角电压波发生器电路模块示意图；

图4本发明高电压1000V/uS和10/700uS三角电压波发生器电路图；

图5为12VDC-1100V DC隔离电源模块电路示意图；

图6为12VDC-6×12VDC电源模块电路示意图。

图中：1、直流电源；2、电源模块；3、驱动电源；4、隔离电源模块；5、光电耦合器；6、电子开关；7、形成输出电路；8、电源开关；9、启动开关；10、继电器。

具体实施方式：

下面，结合附图介绍本发明的具体实施方式。

本发明一种高电压三角电压波发生器的制作方法，把高电压三角波拆解成至少两个1100伏电压三角波单元进行同步叠加。

如图3及图4所示，本发明一种高电压三角电压波发生器，包括n个1100V电压三角波单元，每个所述1100V电压三角波单元包括电子开关6、隔离电源模块4、电子开关6的驱动电源3、以及作为所述1100V电压三角波单元的同步及叠加的光电耦合器5，还包括将n个所述1100V电压三角波单元生成的波头波形及波尾波形二合一形成整体高电压三角电压波的形成输出电路7，电源模块2及直流电源1；电子开关6为工作在开关状态的晶体三极管Q1；所述电源模块2的输入端通过开关与所述直流电源1连接，所述电源模块2的输出端为所述驱动电源3；隔离电源模块4的输入端通过开关与所述直流电源1连接，隔离电源模块4的两输出端分别与作为电子开关6的晶体三极管Q1的集电极、晶体三极管Q1的发射极电阻R3相连接；所述光电耦合器5的发光驱动端分别经R1通过启动开关的常开接点与限流电阻R9同直流电源8的正极、直流电源8的负极相连；所述光电耦合器5的输出端做为晶体三极管Q1的基极与驱动电源3相连的开关，光电电耦合器5的输出端的发射极经R2与晶体三极管Q1的基极相连，光电电耦合器5的输出端的集电极经隔离二极管D1与驱动电源3相连；所述形成输出电路7连接于作为电子开关6的晶体三极管Q1的输出端的发射极。

为了使仪器能做成便携式或手持式，本发明一种6KV高电压三角电压波发生器采用电池供电即所述直流电源1供电，所述直流电源1为12VDC。

如图5所示，隔离电源模块4为12VDC-1100V DC隔离电源模块，系采用30Kz正弦振荡器升压整流滤波得到约1100VDC电压的6组高压电源，包括晶体三极管Q2、晶体三极管Q3、线圈L1 、电阻R6、电容C6、电容C7、变压器T1、二极管D11、二极管D12 、二极管D13、二极管 D14、二极管 D15 、二极管D16 、二极管D17及二极管 D18，变压器T1为三绕组高频变压器，晶体三极管Q2的发射极及晶体三极管Q3的发射极并联后连接所述直流电源的负极，晶体三极管Q2的基极与变压器T1的初级绕组L3的一端连接，变压器T1的初级绕组L3的另一端与晶体三极管Q3的基极和电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与线圈L1的一端及变压器T1的初级绕组L2的一端连接，线圈L1的另一端通过开关与所述直流电源的正极连接，变压器T1的初级绕组L2具有抽头，变压器T1的初级绕组L2的抽头与晶体三极管Q2的的集电极及电容C6的一极连接，电容C6的另一极与晶体三极管Q3的集电极；变压器T1的次级绕组L3的两端与二极管D11、二极管D12 、二极管D13、二极管 D14、二极管 D15 、二极管D16 、二极管D17、二极管 D18及电容C7构成的整流滤波电路的输入端连接，电容C7的两端为整流滤波电路的输出端，亦即隔离电源模块的输出端，输出1100VDC电压。变压器T1采用EPC19高频变压器，骨架采用5组隔离多层骨架，可以很好的处理线间绝缘，每组的耐压大于200V即可。

电子开关6的驱动电源3由一个n组隔离12VDC-n×12VDC的所述电源模块2的输出端提供。

如图6所示，n组隔离12VDC-n×12VDC的所述电源模块2包括晶体三极管Q4、晶体三极管Q5、多绕组变压器T2、R7、C8及线圈L5，还包括与所述变压器T2的6组次级绕组对应配置的由二极管D21、二极管D22、二极管D23、二极管D24及电解电容C9组成的整流滤波电路，晶体三极管Q4和晶体三极管Q5的发射极并联后所述直流电源的负极连接，晶体三极管Q4的基极与所述变压器T2的初级绕组L7的一端连接，所述变压器T2的初级绕组L7的另一端与电阻R7的一端及晶体三极管Q5的基极连接，电阻R7的另一端与线圈L5的一端及所述变压器T2的初级绕组L6的一端连接，线圈L5的另一端与所述直流电源的正极连接，所述变压器T2的初级绕组L6具有抽头，所述变压器T2的初级绕组L6的抽头与电容C8的一极及晶体三极管Q4的集电极连接，所述变压器T2的初级绕组L6的另一端与电容C8的另一极及晶体三极管Q5的的集电极连接；所述变压器T2的6组次级绕组中每一组分别与对应配置的由二极管D21、二极管D22、二极管D23、二极管D24及电解电容C9组成的整流滤波电路的输入端连接，每一组的电解电容C9输出电压12VDC以作为其中一所述电子开关的所述驱动电源。多绕组变压器T2采用EPC19高频变压器，其原方参数与所述隔离电源模块4一致，付方采用n个各自独立的隔离绕组，输出电压约12V 左右，这n组电源作为BU508A晶体三极管Q1的驱动电源，其电压适应范围很宽，8-20V都可以。瞬间电流大于20m A即可。

所述形成输出电路7包括波头电阻R4、波尾电阻R5、波头电容C1及输出电阻R8，波头电阻R4的一端与作为电子开关的晶体三极管Q1的发射极连接，波头电阻R4的另一端与波头电容C1电极的一极、波尾电阻R5的一端及输出电阻R8的一端连接，波头电容C1电极的另一极与波尾电阻R5的另一端及隔离电源模块输出端1100VDC电压的负极连接，从输出电阻R8的另一端输出高电压三角电压波。

如图2所示，设置电源开关8及启动开关9及与直流电源1配置；还设置继电器10。

本发明一种高电压三角电压波发生器工作过程如下：

直流电源1接通，电源模块2工作，n组低压12V电源及n组高压1100V处于充满电的待机工作中，启动开关9启动，继电器10得电工作，继电器10常闭接点打开， 12VDC-1100V DC的隔离电源模块4原方断开，但此时其付方还是1100V，在继电器10得电后n个光电耦合器导通， n个作为电子开关6的1100V BU508A的晶体三极管Q1导通，n组1100V通过波头电阻R4对波头电容C1充电，形成10/700uS中的10u S波头，当电压达到n×1100KV峰值后，波头电容C1对波尾电阻R5放电，形成10/700uS中的700u S波尾，如果不装波尾电阻R5，调整波头电阻R4即可形成上升斜率为1000V/uS的电压波。经过一个周期，得到一个完整的n×1100KV电压10/700uS电压波。由于PCB板的分布参数不同，波头电阻及波尾电阻稍有不同。

Claims

1.一种高电压三角电压波发生器，其特征在于：包括n个1100V电压三角波单元，其中n为等于2或大于2的正整数，每个所述1100V电压三角波单元包括电子开关、隔离电源模块、电子开关的驱动电源及作为所述1100V电压三角波单元的同步及叠加的光电耦合器，还包括将n个所述1100V电压三角波单元生成的波头波形及波尾波形二合一形成整体高电压三角电压波的形成输出电路，电源模块及直流电源，所述直流电源为12VDC；电子开关为工作在开关状态的晶体三极管Q1；所述电源模块的输入端通过开关与所述直流电源连接，所述电源模块的输出端作为所述驱动电源；隔离电源模块的输入端通过开关与所述直流电源连接，隔离电源模块的两输出端分别与作为电子开关的晶体三极管Q1的集电极、晶体三极管Q1的发射极电阻R3相连接；所述光电耦合器的发光驱动端的一端经电阻R1、通过启动开关的常开接点与限流电阻R9同直流电源的正极相连, 另一端与直流电源的负极相连；所述光电耦合器的输出端做为晶体三极管Q1的基极与驱动电源（3）相连的开关，光电耦合器的输出端的发射极经电阻R2与晶体三极管Q1的基极相连，光电耦合器的输出端的集电极经隔离二极管D1与驱动电源相连；所述形成输出电路连接于作为电子开关的晶体三极管Q1的输出端的发射极；隔离电源模块为12VDC-1100V DC隔离电源模块，系采用30KHz正弦振荡器升压整流滤波得到约1100VDC电压，包括晶体三极管Q2、晶体三极管Q3、线圈L1、电阻R6、电容C6、电容C7、变压器T1、二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管 D14、二极管 D15、二极管D16、二极管D17及二极管D18，变压器T1为三绕组高频变压器，晶体三极管Q2的发射极及晶体三极管Q3的发射极并联后连接所述直流电源的负极，晶体三极管Q2的基极与变压器T1的初级绕组L3的一端连接，变压器T1的初级绕组L3的另一端与晶体三极管Q3的基极和电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与线圈L1的一端及变压器T1的初级绕组L2的一端连接，线圈L1的另一端通过开关与所述直流电源的正极连接，变压器T1的初级绕组L2具有抽头，变压器T1的初级绕组L2的抽头与晶体三极管Q2的集电极及电容C6的一极连接，电容C6的另一极与晶体三极管Q3的集电极的一端连接；变压器T1的次级绕组L4的两端与二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管 D14、二极管D15、二极管D16、二极管D17、二极管 D18及电容C7构成的整流滤波电路的输入端连接，电容C7的两端为整流滤波电路的输出端，亦即隔离电源模块的输出端，输出1100VDC电压。

2.根据权利要求1所述的一种高电压三角电压波发生器，其特征在于：电子开关的驱动电源由一个n组隔离12VDC-n×12VDC的所述电源模块的输出端提供。

3.根据权利要求2所述的一种高电压三角电压波发生器，其特征在于：n组隔离12VDC-n×12VDC的所述电源模块包括晶体三极管Q4、晶体三极管Q5、多绕组高频变压器T2、电阻R7、电容C8及线圈L5，还包括与所述变压器T2的n组次级绕组对应配置的由二极管D21、二极管D22、二极管D23、二极管D24及电解电容C9组成的整流滤波电路，晶体三极管Q4和晶体三极管Q5的发射极并联后与所述直流电源的负极连接，晶体三极管Q4的基极与所述变压器T2的初级绕组L7的一端连接，所述变压器T2的初级绕组L7的另一端与电阻R7的一端及晶体三极管Q5的基极连接，电阻R7的另一端与线圈L5的一端及所述变压器T2的初级绕组L6的一端连接，线圈L5的另一端与所述直流电源的正极连接，所述变压器T2的初级绕组L6具有抽头，所述变压器T2的初级绕组L6的抽头与电容C8的一极及晶体三极管Q4的集电极连接，所述变压器T2的初级绕组L6的另一端与电容C8的另一极及晶体三极管Q5的的集电极连接；所述变压器T2的n组次级绕组中每一组分别与对应配置的由二极管D21、二极管D22、二极管D23、二极管D24及电解电容C9组成的整流滤波电路的输入端连接，每一组的电解电容C9输出电压12VDC以作为所述电子开关的所述驱动电源。

4.根据权利要求1所述的一种高电压三角电压波发生器，其特征在于：所述形成输出电路包括波头电阻R4、波尾电阻R5、波头电容C1及输出电阻R8，波头电阻R4的一端与作为电子开关的晶体三极管Q1的发射极连接，波头电阻R4的另一端与波头电容C1电极的一极、波尾电阻R5的一端及输出电阻R8的一端连接，波头电容C1电极的另一极与波尾电阻R5的另一端及隔离电源模块输出端1100VDC电压的负极连接，从输出电阻R8的另一端输出n×1100KV高电压三角电压波。