CN102914732A - 一种浪涌冲击试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种浪涌冲击试验装置,包括用于显示输出脉冲波形和输出脉冲波形参数的显示模块;键盘输入模块,用于设定输出脉冲波形参数并传送给控制模块;控制模块,用于根据输出脉冲波形参数和从检测模块输入的脉冲峰值电压生成相应的PWM信号、PFM信号和输出极性控制信号;调压模块,用于根据PWM信号生成相应的脉冲峰值电压;检测模块,用于检测脉冲峰值电压并传送到控制模块;浪涌形成模块,用于根据脉冲峰值电压及PFM信号生成输出脉冲波形;极性转换模块,控制输出脉冲波形的输出的极性。本发明可实现脉冲幅值的调节和显示,操作简单、方便;试验脉冲周期可调;试验脉冲幅度可调;试验脉冲极性可调;体积小,成本低。

Description

一种浪涌冲击试验装置
技术领域
[0001] 本发明属于电磁兼容领域,更具体涉及一种浪涌冲击试验装置,适用于测试车载电子设备对电瞬态脉冲的承受能力。
背景技术
[0002] 传统方式产生浪涌脉冲,通常使用高压直流通过半球运动,调节半球间隙,击穿空气放电,产生浪涌脉冲。传统方式产生浪涌脉冲,通常使用高压直流通过半球运动,调节半球间隙,击穿空气放电,产生浪涌脉冲。该脉冲的宽度,常常需要通过调节回路的时间常数来实现,而且波形单一,要形成一种波形需要单独专门重新制造,很不经济,而且通过放电方式形成浪涌脉冲,由于其机械装置复杂,故障率较高,制造成本也很高。
发明内容
[0003] 本发明的目的是在于针对现有技术存在的上述问题,提供及一种浪涌冲击试验装置,操作简单方便,可方便对脉冲参数进行设置,并且极性、幅值和周期均可调。
[0004] 为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种浪涌冲击试验装置,包括用于显示输出脉冲波形和输出脉冲波形参数的显示模块,还包括:
键盘输入模块,用于设定输出脉冲波形参数并传送给控制模块,
控制模块,用于根据输出脉冲波形参数和从检测模块输入的脉冲峰值电压生成相应的PWM信号和PFM信号,将PWM信号输出到调压模块,将PFM信号输出到浪涌形成模块,输出极性控制信号到极性转换模块;
调压模块,用于根据PWM信号生成相应的脉冲峰值电压;
检测模块,用于检测脉冲峰值电压并传送到控制模块;
浪涌形成模块,用于根据脉冲峰值电压及PFM信号生成输出脉冲波形;以及 极性转换模块,用于根据极性控制信号控制输出脉冲波形的输出的极性。
[0005] 如上所述的调压模块包括:
整流模块,用于将工频电压转换成直流电压;
分压分流电阻网络,用于对整流模块输出的直流电压进行分压,分压后的直流电压经过IGBT控制管给高压电容充电;
第一 IGBT控制管,控制分压后的直流电压对高压电容充电的电压和电流;
第一隔离模块,将PWM信号进行电气隔离并将电气隔离后的PWM信号传送到第一 IGBT驱动模块;
第一 IGBT驱动模块,根据电气隔离后的PWM信号生成相应的第一 IGBT栅极控制信号输送到第一 IGBT控制管的栅极;以及高压电容,用于提供脉冲峰值电压。
[0006] 如上所述的浪涌形成模块包括第二 IGBT控制管,用于对脉冲峰值电压进行开关控制,形成脉冲信号;
第二隔离模块,将PFM信号进行电气隔离并将电气隔离后的PFM信号传送到第二 IGBT驱动模块;以及
第二 IGBT驱动模块,根据电气隔离后的PFM信号生成相应的第二 IGBT栅极控制信号输送到第二 IGBT控制管的栅极。
[0007] 如上所述的极性转换模块为双刀双掷继电器。
[0008] 如上所述的检测模块检测到的脉冲峰值电压小于等于预先设定电压的50%时,控 制模块输出的PWM信号占空比为100% ;检测模块检测到的脉冲峰值电压大于预先设定电压的50%且小于等于预先设定电压的70%时,控制模块输出的PWM信号占空比为50% ;检测模块检测到的脉冲峰值电压大于预先设定电压的70%且小于等于预先设定电压的90%时,控制模块输出的PWM信号占空比为25% ;检测模块检测到的脉冲峰值电压大于预先设定电压的90%且小于等于预先设定电压的100%时,控制模块输出的PWM信号占空比为10% ;检测模块检测到的脉冲峰值电压大于预先设定电压时,控制模块输出的PWM信号占空比为0%。
[0009] 本发明与现有技术相比,具有以下优点和效果:
I、本发明为箱式结构,采用单片机控制,直流工频电压外接输入,通过一个外接端口实现所有脉冲输出,可实现脉冲幅值的调节和显示,采用LCD液晶界面输入,操作简单、方便;采用LCD液晶界面输入脉冲数量;试验脉冲周期可调;试验脉冲幅度可调;试验脉冲极性可调。
[0010] 2、本发明具有体积小,成本低,操作简单,可连续产生脉冲,可产生多种脉冲,既可产生快速脉冲也可产生慢速脉冲,脉冲的幅度可调。
[0011] 3、本发明在+12V汽车系统电压的情况下,峰峰值电压范围可到75疒100V,在+24V汽车系统电压的情况下,峰峰值电压范围可到150V〜200V。
[0012] 4、本发明的模拟负载阻抗为50欧姆,单个输出脉冲时间宽度可精确到100±5微秒;脉冲集合时间宽度可精确到10±0. I毫秒;脉冲间歇时间宽度大于等于90毫秒;冲击次数可高达5000次或者连续工作2个小时以上。
附图说明
[0013] 图I为本发明系统图;
图2为本发明的调压模块的原理图;
图3为本发明的浪涌形成模块的原理图;
图4为本发明的浪涌输出模块的原理图;
图5为本发明的PFM调制原理图。
[0014] 图中:1_控制模块;2_调压模块;3_浪涌形成模块;4_极性转换模块;5_检测模块;6_显示模块;7_键盘输入模块;PWM_脉冲宽度调制;PFM-脉冲频率调制。
具体实施方式
[0015] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述:
实施例:
如图f图3所示,一种浪涌冲击试验装置,包括用于显示输出脉冲波形和输出脉冲波形参数的显示模块6,还包括:
键盘输入模块7,用于设定输出脉冲波形参数并传送给控制模块1,
控制模块1,用于根据输出脉冲波形参数和从检测模块5输入的脉冲峰值电压生成相应的PWM信号和PFM信号,将PWM信号输出到调压模块2,将PFM信号输出到浪涌形成模块3,输出极性控制信号到极性转换模块4 ;
调压模块2,用于根据PWM信号生成相应的脉冲峰值电压;
检测模块5,用于检测脉冲峰值电压并传送到控制模块I ;
浪涌形成模块3,用于根据脉冲峰值电压及PFM信号生成输出脉冲波形;以及 极性转换模块4,用于根据极性控制信号控制输出脉冲波形的输出的极性。
[0016] 调压模块包括:
整流模块U2,用于将工频电压转换成直流电压;
分压分流电阻网络,用于对整流模块U2输出的直流电压进行分压,分压后的直流电压经过IGBT控制管给高压电容Cl充电;
第一 IGBT控制管,控制分压后的直流电压对高压电容充电的电压和电流;
第一隔离模块,将PWM信号进行电气隔离并将电气隔离后的PWM信号传送到第一 IGBT驱动模块;
第一 IGBT驱动模块,根据电气隔离后的PWM信号生成相应的第一 IGBT栅极控制信号输送到第一 IGBT控制管的栅极;以及高压电容Cl,用于提供脉冲峰值电压。
[0017] 浪涌形成模块3包括:
第二 IGBT控制管,用于对脉冲峰值电压进行开关控制,形成脉冲信号;
第二隔离模块,将PFM信号进行电气隔离并将电气隔离后的PFM信号传送到第二 IGBT驱动模块;以及
第二 IGBT驱动模块,根据电气隔离后的PFM信号生成相应的第二 IGBT栅极控制信号输送到第二 IGBT控制管的栅极。
[0018] 极性转换模块4为双刀双掷继电器。
[0019] 如图2所示,工频电压AC220V升压后直接通过整流模块U2整流,可得到高达IOOOv直流电压,分压分流电阻网络由十只金属膜电阻两两并联,各个并联电阻再串联,该方式可承受千伏高压和十多安培的充电电流,当大电流通过分压分流电阻网络时,由于电阻的作用,必然在电阻上会有能量消耗,转化为热量,这种串并方式实现了对充电的分流和分压的作用,从而对高压电容Cl的高速充电提供了很高的可靠性。高压电容Cl采用高压油浸电容,可以承受上千伏的高压,而且防爆。分压分流电阻网络和第一 IGBT控制管Ql的源极连接,第一 IGBT控制管Ql的漏极与高压电容Cl连接,通过第一 IGBT控制管Ql的栅极输入的第一 IGBT栅极控制信号控制给高压电容Cl的充电电压和电流。
[0020] 由于回路的充电时间常数τ= (RfR10+RQl)Cl
故其充电时间常数由第一 IGBT控制管Ql的动态阻抗决定。
[0021] 第一 IGBT控制管Ql的阻抗受PWM信号控制,第一隔离模块Ul进行光电隔离,通过达林顿管Q2射随后控制第一 IGBT控制管Ql,其PWM信号占空比由控制模块I给出。检测模块5检测到的脉冲峰值电压小于等于预先设定电压的50%时,控制模块I输出的PWM1信号占空比为100% ;检测模块5检测到的脉冲峰值电压大于预先设定电压的50%且小于等于预先设定电压的70%时,控制模块I输出的PWM信号占空比为50% ;检测模块5检测到的脉冲峰值电压大于预先设定电压的70%且小于等于预先设定电压的90%时,控制模块I输出的PWM信号占空比为25% ;检测模块5检测到的脉冲峰值电压大于预先设定电压的90%且小于等于预先设定电压的100%时,控制模块I输出的PWM信号占空比为10% ;检测模块5检测到的脉冲峰值电压大于预先设定电压时,控制模块I输出的PWM信号占空比为0%。选用高速的CPU保证了控制速度。选用高精度的ADC保证了控制精度。
[0022] PFM信号形成机理如下:可通过预先设定的输出脉冲波形参数改变输出脉冲波形的频率,进而得到设定的输出。如图5所示,其中tl为单个脉冲宽度,t4是串脉冲总宽度,UA为工频直流电压,Us为脉冲峰峰值,t5为脉冲间歇时间。
[0023] 如图3所示,脉冲信号的地线采用悬浮地FGND,悬浮地的电位的变化范围为供电范围,这种接法可以将第二 IGBT控制管Q3使用N型管,N型管有更高的耐压,同时为第二IGBT控制管Q3提供工作电源。PFM信号经过第二隔离模块加载到第二 IGBT驱动模块,第 二 IGBT驱动模块为达林顿管,达林顿管的高增益为第二 IGBT控制管提供足够的驱动电流和电压,使第二 IGBT控制管能正常开启和工作,回路低的分布电容和电感为电路形成频率较高的脉冲成为了可能。受控的第二 IGBT控制管Q3可产生出大电流,高电压的瞬态脉冲。
[0024] 如图4所示,第二 IGBT控制管Q3通过和极性转换电路连接后,直接加载在人工网络上,人工网络和工频电源并联,被测试样品DUT和人工网络输出端并联,人工网络模拟车载的线束,工频电源模拟被测DUT供电电压。
[0025] 浪涌脉冲(即输出脉冲波形)形成的工作原理如下:
控制模块I根据通过键盘输入模块7的脉冲的要求输出相应的PFM信号,键盘输入模块7可以是IXD液晶触摸屏,通过第二隔离模块U3光电隔离,PFM信号加载在第二 IGBT控制管Q3的栅极,脉冲信号幅值由高压电容Cl加以限制。由于人工网络具有很小的输入阻抗和回路分布感抗的原因,瞬间在这个回路可产生二十多安培的冲击电流,高达千伏的瞬态电压,故对半导体器件的耐压,通流能力是个考验。充分利用脉冲开关管的特性,保证电路长时间工作在高电压、大电流的电磁环境中。
[0026] 本发明在控制模块I的管理之下,互相协调工作,在制造成本,可靠性,易操作性和通用性上比以前的试验器有较大的优势。
[0027] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1. 一种浪涌冲击试验装置,包括用于显示输出脉冲波形和输出脉冲波形参数的显示模块(6),其特征在于,还包括: 键盘输入模块(7 ),用于设定输出脉冲波形参数并传送给控制模块(I), 控制模块(1),用于根据输出脉冲波形参数和从检测模块(5)输入的脉冲峰值电压生成相应的PWM信号和PFM信号,将PWM信号输出到调压模块(2),将PFM信号输出到浪涌形成模块(3 ),输出极性控制信号到极性转换模块(4 ); 调压模块(2 ),用于根据PWM信号生成相应的脉冲峰值电压; 检测模块(5 ),用于检测脉冲峰值电压并传送到控制模块(I); 浪涌形成模块(3),用于根据脉冲峰值电压及PFM信号生成输出脉冲波形;以及 极性转换模块(4),用于根据极性控制信号控制输出脉冲波形的输出的极性。
2.根据权利要求I所述的一种浪涌冲击试验装置,其特征在于,所述的调压模块(2)包括 整流模块U2,用于将工频电压转换成直流电压; 分压分流电阻网络,用于对整流模块U2输出的直流电压进行分压,分压后的直流电压经过IGBT控制管给高压电容Cl充电; 第一 IGBT控制管,控制分压后的直流电压对高压电容充电的电压和电流; 第一隔离模块,将PWM信号进行电气隔离并将电气隔离后的PWM信号传送到第一 IGBT驱动模块; 第一 IGBT驱动模块,根据电气隔离后的PWM信号生成相应的第一 IGBT栅极控制信号输送到第一 IGBT控制管的栅极;以及高压电容Cl,用于提供脉冲峰值电压。
3.根据权利要求I所述的一种浪涌冲击试验装置,其特征在于,所述的浪涌形成模块(3)包括 第二 IGBT控制管,用于对脉冲峰值电压进行开关控制,形成脉冲信号; 第二隔离模块,将PFM信号进行电气隔离并将电气隔离后的PFM信号传送到第二 IGBT驱动模块;以及 第二 IGBT驱动模块,根据电气隔离后的PFM信号生成相应的第二 IGBT栅极控制信号输送到第二 IGBT控制管的栅极。
4.根据权利要求I所述的一种浪涌冲击试验装置,其特征在于,所述的极性转换模块(4)为双刀双掷继电器Kl。
5.根据权利要求I所述的一种浪涌冲击试验装置,其特征在于,所述的检测模块(5)检测到的脉冲峰值电压小于等于预先设定电压的50%时,控制模块(I)输出的PWM信号占空比为100% ;检测模块(5)检测到的脉冲峰值电压大于预先设定电压的50%且小于等于预先设定电压的70%时,控制模块(I)输出的PWM信号占空比为50% ;检测模块(5)检测到的脉冲峰值电压大于预先设定电压的70%且小于等于预先设定电压的90%时,控制模块(I)输出的PWM信号占空比为25% ;检测模块(5)检测到的脉冲峰值电压大于预先设定电压的90%且小于等于预先设定电压的100%时,控制模块(I)输出的PWM信号占空比为10% ;检测模块(5)检测到的脉冲峰值电压大于预先设定电压时,控制模块(I)输出的PWM信号占空比为0%。
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