CN103248339A

CN103248339A - 高能量浪涌矩形波信号发生电路

Info

Publication number: CN103248339A
Application number: CN2013101448792A
Authority: CN
Inventors: 陈国平
Original assignee: SHENZHEN CE-STAR ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN CE-STAR ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-04-24
Filing date: 2013-04-24
Publication date: 2013-08-14

Abstract

一种高能量浪涌矩形波信号发生电路，信号发生电路包括高压电源、储能电路、阻抗匹配电路、放电开关管K1、辅助电源、驱动电路和单稳态触发器，高压电源输出电能至储能电路和辅助电源，储能电路输出经阻抗匹配电路和放电开关管K1后输出给用电设备，辅助电源给驱动电路和单稳态触发器供电，单稳态触发器输出控制信号给驱动电路，驱动电路控制放电开关管K1通断。与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、能够生成矩形浪涌冲击波形；2、放电开关寿命长、无噪音；3、放电开关开通、关断速度快；4、矩形浪涌冲击波形时间控制精确，控制简单；5、通过控制放电开关K1直接产生矩形浪涌冲击波形，电路简单，电路实施容易，适合大规模生产线测试用。

Description

高能量浪涌矩形波信号发生电路

技术领域

本发明公开一种矩形波信号发生电路，特别是一种高能量浪涌矩形波信号发生电路。

背景技术

英国标准RIA12，是拖动及运载设备的直流控制系统中瞬态浪涌高能量矩形波信号发生电路，属于铁路车辆电子设备EMC测试领域，用于对用电设备（EUT）施加模拟高能量浪涌冲击，从而确定用电设备（EUT）抗浪涌冲击能力。

英国RIA12标准对铁路拖动及运载设备的直流控制系统中瞬态浪涌保护做出了明确的规定，被测产品要耐受Vn标称输入电压的3.5倍电压、持续时间20ms、内阻0.2R、矩形波(方波)、“+”极对“-”极，浪涌重复5次。

输入浪涌电压为标称输入电压之3.5倍，对应之电压值如下表所示：

标称输入电压（V_N）	3.5（V_N）
		24V	84V
36V	126V
		48V	168V
72V	252V
		96V	336V
110V	385V

列车电子和电气设备运行过程中，由于主电源系统切换骚扰（大电容电流冲击）、配电系统开关切换或负载变化、与开关装置有关的谐振电路（如晶闸管）、各种系统故障（设备组接地系统的短路和电弧故障）、牵引电机启动、停止动作、受电弓接触电网、雷电直接击中或间接感应等产生的浪涌对电子和电气设备造成一定的损害，其中雷击对电子设备的破坏力最大，因此测试电子设备的抗雷击浪涌能力是评估其产品性能的重要的一个因素。

现有技术中常用的两种雷击浪涌发生器的工作原理如图1、图2所示：其中图1所示的雷击浪涌发生器电路包括高压供电源1、储能电路3、锯齿波信号形成电路4。高压供电源1的输出端与储能电路3的输入端相连，储能电路3的输出端通过放电开关K2＇与锯齿波信号形成电路4的输入端相连，锯齿波浪涌冲击波形成电路4的输出端连有浪涌输出端口5和地输出端口10。该高压供电源1由正高压源U+、负高压源U-和电源选择开关K1组成，储能电路由电阻Rc和电容Cc组成，锯齿浪涌冲击波形由电感Lr、电阻Rs1、电阻Rs2和电阻Rm组成，储能电路3的输出端与锯齿波信号形成电路4的输入端之间连有一双向放电开关K2＇。

当电源选择开关K1接通正高压U+，待储能电容Cc充饱后闭合放电开关K2＇，经过电感Lr、电阻Rs1、电阻Rs2和电阻Rm整形后形成锯齿浪涌冲击波形，输出的浪涌极性为正；当电源选择开关K1接通负高压U-，待储能电容Cc充饱后闭合放电开关K2＇，经过电感Lr、电阻Rs1、电阻Rs2和电阻Rm整形后形成锯齿浪涌冲击波形，输出的浪涌极性为负。

采用这种结构的雷击浪涌发生器电路，不能产生矩形浪涌冲击波形，而且波形时间误差大，波形时间不易控制或控制复杂，由于放电开关为无极性影响的双向可工作的真空高压继电器，使用寿命短、噪音大、开通、关断动作时间长，触点易粘连。

图2所示为另一种常用的两种雷击浪涌发生器，其包括直流高压源1＇、储能电路3、锯齿波信号形成电路4、放电开关K2和极性切换电路2，储能电路3包括限流电阻Rc与储能电容Cc，锯齿波信号形成电路4包括阻抗匹配电阻Rm、电阻Rs1、电阻Rs2和电感Lr，极性切换电路2包括开关K6、开关K3、开关K4和开关K5。

直流高压源1＇的一端（负极）与公共地线连接，另一端（正极）和限流电阻Rc的a输入端相连，限流电阻Rc的b输出端与单向可控硅放电开关K2的一端相连，单向可控硅放电开关K2的另一端与阻抗匹配电阻Rm的输入端a相连接，阻抗匹配电阻Rm的b输出端与电感Lr的c输入端相连接，储能电容Cc的两端分别与公共地线和限流电阻Rc的b输出端相连，电阻Rs1的两端分别与公共地线和阻抗匹配电阻Rm的a输入端相连，电阻Rs2的两端分别和公共地线和电感Lr的d输出端相连接。极性切换电路2包括四个极性切换开关（开关K3、K4、K5、K6），共有两个输入端、两输出端，它的一输入端与电感Lr的d输出端相连，另一输入端与公共地线相连，它的两输出端分别连有浪涌输出端口5与输出端口10相连接。

其在使用时，通过极性切换电路选择浪涌极性，调节直流高压源1＇的电压，并通过限流电阻Rc给储能电容充电Cc，待储能电容Cc上的电源基本充满后，若要输出极性为正的浪涌电压，则断开开关K4和开关K5，闭合开关K6和开关K3，再闭合放电开关K2，经过电感Lr、电阻Rs2、电阻Rm和电阻Rs1整形后形成锯齿浪涌冲击波形；若要输出极性为负的浪涌电压，则断开开关K6和开关K3，闭合开关K4和开关K5，再闭合放电开关K2，经过电感Lr、电阻Rs2、电阻Rm和电阻Rs1整形后形成锯齿浪涌冲击波形。

这种结构的雷击浪涌发生器，也不能产生矩形浪涌冲击波形，波形时间误差大，波形时间不易控制，放电开关单向可控硅关断控制复杂，开通、关断动作时间长。

目前的测试研究电子设备抗雷击浪涌能力的主要设备是雷击浪涌发生器，通常只能满足IEC61000-4-5和GB/T17626.5、IEC61643、UL1449、GB18802-2004、YD1235-2004等标准1.2/50us、8/20 us锯齿浪涌冲击波形，如需执行RIA12标准则需要购买专用的雷击浪涌发生器，满足不了大规模生产线测试需求，且费用非常昂贵。

发明内容

针对上述提到的现有技术中的雷击浪涌发生器不能产生方波，且控制复杂的缺点，本发明提供一种雷击浪涌发生电路，能提供精密的高能量矩形波形浪涌冲击波形，矩形波时间容易控制，放电开关寿命长、无噪音，放电开关开通、关断速度快，电路简单，成本低廉，适合大规模生产线测试用的目的。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种高能量浪涌矩形波信号发生电路，信号发生电路包括高压电源、储能电路、阻抗匹配电路、放电开关管K1、辅助电源、驱动电路和单稳态触发器，高压电源输出电能至储能电路和辅助电源，储能电路输出经阻抗匹配电路和放电开关管K1后输出给用电设备，辅助电源给驱动电路和单稳态触发器供电，单稳态触发器输出控制信号给驱动电路，驱动电路控制放电开关管K1通断。

本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

所述的放电开关管K1为MOSFET或IGBT或三极管。

所述的放电开关管K1连接在储能电路和阻抗匹配电路之间或连接在公共地线上。

所述的储能电路包括限流电阻Rc和储能电容Cc，高压电源的正极与限流电阻Rc的a端相连接，储能电容Cc正极与充电限流电阻Rc的b端以及阻抗匹配电路相连接，阻抗匹配电路的另一端与输出端口相连接。

本发明的有益效果是：与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

1、能够生成矩形浪涌冲击波形；

2、放电开关寿命长、无噪音；

3、放电开关开通、关断速度快；

4、矩形浪涌冲击波形时间控制精确，控制简单；

5、通过控制放电开关K1直接产生矩形浪涌冲击波形，电路简单，电路实施容易，适合大规模生产线测试用。

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1是现有技术的一种雷击浪涌发生器电路原理图。

图2是现有技术的另一种雷击浪涌发生器电路原理图。

图3是图1、图2对应的雷击浪涌锯齿波形（测试标准中摘录）。

图4是本发明提供的雷击浪涌发生器电路原理图。

图5是图4对应的雷击浪涌矩形冲击波形图（实测波形）。

具体实施方式

本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。

请参看附图4，本发明中的高能量浪涌矩形冲击波形信号发生电路，主要包含高压电源1、储能电路2、阻抗匹配电路3、放电开关管K1、辅助电源、驱动电路和单稳态触发器，本实施例中，储能电路包括限流电阻Rc和储能电容Cc。高压电源1（即US）的正极与限流电阻Rc的a端相连接，储能电容Cc正极与充电限流电阻Rc的b端以及阻抗匹配电阻Rm的a端相连接，阻抗匹配电阻Rm的b端与输出端口5相连接，本实施例中，辅助电源采用稳压源，辅助电源的VIN端与高压源US正极相连接，通过高压电源1输入电源给辅助电源，辅助电源的VOUT端与驱动电路以及单稳态触发器VCC端相连接，通过辅助电源将高压电源的高压电转换成低压电给驱动电路以及单稳态触发器供电。本实施例中，驱动电路为放电开关管K1的驱动电路，用于驱动放电开关管K1通断。公共地线连接有高压源US负极、储能电容Cc负极、辅助电源SGND、驱动电路SGND、放电开关管K1的S极和单稳态触发器的SGND，驱动电路的E端口与放电开关管K1的G极相连接，本实施例中，放电开关管K1采用MOSFET或IGBT。单稳态触发器的OUT端口与驱动电路的b端口（即信号输入端）相连接，放电开关管K1的D极与输出端口10相连接。

本发明在使用时，调节好高压电源US电压，高压电源US通过限流电阻Rc对储能电容Cc充电，同时，辅助电源提供驱动电路以及单稳态触发器的VCC电源，驱动电路以及单稳态触发器电路处于待命状态，放电开关管K1处于断开状态，待储能电容Cc充饱后，触发单稳态触发器电路，单稳态触发器OUT端口输出20ms标准的矩形波给驱动电路的B端口，驱动电路E端口信号输出跟随B端口信号，驱动电路具有加速打开和关闭放电开关管K1的作用，矩形波信号加到放电开关管K1的G、S极之间，放电开关管K1闭合，此时储能电容Cc通过阻抗匹配电阻Rm、放电开关K1、输出端口5和输出端口10对用电设备（EUT）施加20ms高能量的矩形浪涌冲击波，当单稳态触发器达到20ms时间后，单稳态触发器OUT端口变为低电平，驱动电路E端口也变为低电平，放电开关K1此时关闭。

上述实施方式为本发明的实施例一，本发明还有其他结构，如：放电开关管K1还可以设置在限流电阻Rc和阻抗匹配电阻Rm之间，使用方法与上述实施例相同。

与现有技术对比直接控制放电管K1导通时间，即可产生标准的矩形浪涌冲击波形，单稳态触发器提供时间控制非常简单，不需要浪涌输出端口采用反馈控制放电开关K1，MOSFET的特性对比单向可控硅和真空高压继电器控制简单、速度快。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的如何简单修改、等同变化及修饰，均乃属于本发明技术方案保护范围内。

Claims

1.一种高能量浪涌矩形波信号发生电路，其特征是：所述的信号发生电路包括高压电源、储能电路、阻抗匹配电路、放电开关管K1、辅助电源、驱动电路和单稳态触发器，高压电源输出电能至储能电路和辅助电源，储能电路输出经阻抗匹配电路和放电开关管K1后输出给用电设备，辅助电源给驱动电路和单稳态触发器供电，单稳态触发器输出控制信号给驱动电路，驱动电路控制放电开关管K1通断。

2.根据权利要求1所述的高能量浪涌矩形波信号发生电路，其特征是：所述的放电开关管K1为MOSFET或IGBT或三极管。

3.根据权利要求1所述的高能量浪涌矩形波信号发生电路，其特征是：所述的放电开关管K1连接在储能电路和阻抗匹配电路之间或连接在公共地线上。

4.根据权利要求1所述的高能量浪涌矩形波信号发生电路，其特征是：所述的储能电路包括限流电阻Rc和储能电容Cc，高压电源的正极与限流电阻Rc的a端相连接，储能电容Cc正极与充电限流电阻Rc的b端以及阻抗匹配电路相连接，阻抗匹配电路的另一端与输出端口相连接。