CN103399263B - 浪涌保护模块直流参数的综合测量系统及其测量方法 - Google Patents

Abstract

浪涌保护模块直流参数的综合测量系统及其测量方法，包括人机交互单元、可调上升速率直流电源、浪涌保护模块、电流传感器和电压传感器、微型计算机控制与测量单元以及计算机管理单元；微型计算机控制与测量单元包括控制单元和测量单元；测量单元包括电压瞬态跟随电路、电压峰值反馈保持电路和A/D采集电路；控制单元分别与人机交互单元、可调上升速率直流电源、电压峰值反馈保持电路和A/D采集电路连接；浪涌保护模块连接在可调上升速率直流电源的高压输出端和低压端，浪涌保护模块通过电压传感器与电压瞬态跟随电路相连；电流传感器通过电压比较触发电路与控制单元相连，实现浪涌保护模块直流参数测试数据的在线显示、存储、查询和报表输出。

Description

浪涌保护模块直流参数的综合测量系统及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种直流电压参数的测试装置和方法，特别涉及一种浪涌保护模块直流参数的综合测量系统及其测量方法。

背景技术

随着通信、微电子和电力电子等系统的迅速发展，雷电过电压和操作过电压造成的危害日益加剧，因而过电压防护引起了越来越多的关注和重视。浪涌保护模块广泛应用于传输线、电源和通讯设备的各种瞬态过电压，吸收浪涌能量，同时也可用于有效保护各种电路、电气和电子产品。

三相无限制供电电源的保护通常采用浪涌保护组合模块，在研究或使用浪涌保护器或浪涌保护模块时，必须测试模块各部分的直流击穿电压。目前国内市场上出现的浪涌保护模块的直流击穿电压测试仪无法测量浪涌保护组合模块的直流击穿电压，同时，还存在自动化程度低、测量精度差的问题，无法满足浪涌保护模块高性能测试的需求。

发明内容

为了解决上述的现有技术中存在的问题，本发明提供一种测量精度和自动化程度高，而且能够用于对浪涌组合模块进行测量的浪涌保护模块直流参数的综合测量系统及其测量方法。

本发明浪涌保护模块直流参数的综合测量系统：包括用于参数设置与测量结果显示的人机交互单元、微型计算机控制与测量单元、可调上升速率直流电源、浪涌保护模块、电流传感器和电压传感器；

所述的微型计算机控制与测量单元包括控制单元和测量单元；测量单元包括依次相连接的电压瞬态跟随电路、电压峰值反馈保持电路和A/D采集电路；控制单元分别与人机交互单元、可调上升速率直流电源、电压峰值反馈保持电路和A/D采集电路相连接；

所述的浪涌保护模块一端连接在可调上升速率直流电源的高压输出端，另一端通过电流传感器与可调上升速率直流电源的低压端相连接，浪涌保护模块还通过电压传感器与电压瞬态跟随电路相连；

所述的电流传感器的输出端通过电压比较触发电路与控制单元相连。

优选的，所述的浪涌保护模块采用浪涌保护组合模块，其包括分别连接在火线L1、L2、L3与零线N之间的三个限压型保护元件，以及连接在零线N与地线PE之间的一个开关型保护元件。

优选的，所述的可调上升速率直流电源的高压输出端还并接有直流分压器。

优选的，所述的浪涌保护模块通过限流单元与可调上升速率直流电源的低压输出端相连接。

优选的，所述的人机交互单元能够与上位机实现通讯连接。

本发明还提供一种基于上述任意一种测量装置的浪涌保护模块直流参数的测量方法，包括以下步骤，

1）通过人机交互单元输入可调上升速率直流电源的电压上升速率；

2）通过控制单元接收电压上升速率的信号，并调节可调上升速率直流电源的输出电压，使其满足浪涌保护模块的直流参数测量的要求；

3）将直流高压连接于L1与PE之间，当可调上升速率直流电源的输出电压使浪涌保护模块L1-PE达到击穿状态时，电流传感器的输出使电压比较触发电路翻转输出以高电平；电压比较触发电路的翻转信号输出到控制单元,一方面停止对可调上升速率直流电源的升压,另一方面控制测量单元的电压瞬态跟随电路和电压峰值反馈保持电路工作，将施加在浪涌保护模块L1-PE之间的最大击穿电压和稳态维持电压保持下来并进行采集与测量；

4）分别自动将直流高压连接于L2与PE以及L3与PE之间，重复上述3）过程，将施加在浪涌保护模块L2-PE、L3-PE之间的最大击穿电压和稳态维持电压保持下来并进行采集与测量；

5）控制单元控制A/D采集电路对由电压传感器输出的施加在浪涌保护模块两端的高电压转换而来的低电压信号进行数据采集；

6）测量单元将A/D采集电路得到的数字信号乘以电压传感器的刻度因素，得到浪涌保护模块各部分的直流击穿电压和稳态维持电压，并显示在人机交互单元上，完成一次测量。

优选的，步骤1）中所述的电压上升速率能够选择为100V/s或200V/s或500V/s或1000V/s。

本发明所述的测量系统，在控制单元的控制下，通过比较触发电路及时的记录和测量击穿状态信号，停止可调上升速率电流电源继续升压，保证了击穿电压信号输出的稳定性和准确性，不会因测量的继续进行而发生改变；同时通过测量单元中的A/D采集电路，一路经电压峰值保持电路记录和测量浪涌保护模块直流击穿电压的最大值；另一路经电压瞬态跟随电路随时跟随和测量高压直流的变化，记录和测量浪涌保护模块击穿后击穿电压的稳定值，从而能够准确测量浪涌保护模块各部分的直流击穿电压和稳态维持电压并上传至计算机管理单元进行试验数据的分析与管理，数据采集准确及时，而且能够同时多路采集，自动化程度高，测量结果精确，因此能够用于对浪涌组合保护模块直流击穿电压的测量。其所对应的测量方法由于所基于的装置自动化程度高，数据采集全面，所以在采用测量方法时，步骤明确，操作简单，测量速度快，得到的结果清晰完善。

附图说明

图1是本发明实施例中所述测量系统的结构框图。

图2是本发明实施例中所述的测量系统的测量原理框图。

图3a是本发明实施例中所述的浪涌组合保护模块的电路原理图。

图3b是本发明实施例中所述的浪涌组合保护模块的直流击穿电压过程示意图。

图4是本发明实施例中所述的直流参数的测量方法。

图中：人机交互单元1，微型计算机控制与测量单元2，可调上升速率直流电源3，限流单元4，浪涌保护模块5，电流传感器6，电压传感器7，电压比较触发电路8，电压瞬态跟随电路9，电压峰值反馈保持电路10，A/D采集电路11，控制单元201，测量单元202，火线分别为L1、L2、L3，零线为N，地线为PE。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

参见图1，本发明浪涌保护模块直流参数的综合测量系统，包括用于参数设置与测量结果显示的人机交互单元1、微型计算机控制与测量单元2、可调上升速率直流电源3、浪涌保护模块5、电流传感器6和电压传感器7以及计算机管理单元CAU；微型计算机控制与测量单元2包括控制单元201和测量单元202。

参见图2，测量单元202包括依次相连接的电压瞬态跟随电路9、电压峰值反馈保持电路10和A/D采集电路11；控制单元201分别与人机交互单元1、可调上升速率直流电源3、电压峰值反馈保持电路10和A/D采集电路11相连接；浪涌保护模块5一端连接在可调上升速率直流电源3的高压输出端，另一端通过电流传感器6与可调上升速率直流电源3的低压端相连接，浪涌保护模块5还通过电压传感器7与电压瞬态跟随电路9相连；电流传感器6的输出端通过电压比较触发电路8与控制单元201相连。

其测量原理如下：微型计算机控制与测量单元2的控制单元201通过比较触发电路8接收到来自电流传感器6所提取的浪涌保护模块5直流击穿状态信号，这个信号使比较触发电路8输出高电平，并输入至微型计算机控制与测量单元2的控制单元201，停止对可调上升速率直流电源3的升压控制，并控制微型计算机控制与测量单元2的测量单元202，一方面使电压瞬态跟随电路9自动跟随电压传感器7采集的信号，另一方面使电压峰值反馈保持电路10能够保持电压传感器7输出信号的最大值；与此同时，微型计算机控制与测量单元2的控制单元201启动A/D采集电路11工作，通过对电压传感器7输出信号的测量，得到浪涌保护模块5各部分的直流击穿电压的最大值和稳态维持电压，并将测量结果在人机交互单元1中显示。

优选的，如图3a所示，浪涌保护模块5采用浪涌保护组合模块，其包括分别连接在火线L1、L2、L3与零线N之间的三个限压型保护元件，以及连接在零线N与地线PE之间的一个开关型保护元件；进一步优选的限压型保护元件采用压敏电阻，开关型保护元件采用放电管；具体的以用于三相五线制电源的“3+1”浪涌保护组合模块为例，及包含三只限压型压敏电阻和一只放电管，三只压敏电阻分别接于L1-N、L2-N与L3-N之间，一只放电管接于N-PE之间；因此浪涌保护模块5中的各部分对应的表示为L1-PE、L2-PE、L3-PE，其之间的直流击穿电压过程参见图3b，由图3b可见，每一组合的击穿过程包括了放电管的直流击穿电压和压敏电阻的稳态维持电压两个阶段。

进一步优选的，在可调上升速率直流电源3的高压输出端还并接有直流分压器；浪涌保护模块5通过限流单元4与可调上升速率直流电源3的低压输出端相连接，能够用来保护浪涌保护模块5的正常工作；人机交互单元1能够与上位机实现通讯连接，提高装置整体的适用范围；A/D采集电路11包括12或16位高分辨率的A/D采集器，进一步的提高了数据采集的精度和路数。

参见图4，本发明所述的浪涌保护模块直流参数的测量方法，基于以上优选的实例当中，其具体的步骤如下；

1）通过人机交互单元1输入可调上升速率直流电源3的电压上升速率；其中优选的，电压上升速率能够选择为100V/s或200V/s或500V/s或1000V/s，满足不同的测量需求。

2）通过控制单元201接收电压上升速率的信号，并调节可调上升速率直流电源3的输出电压，使其满足浪涌保护模块5的直流击穿电压测量的要求；在调节输出电压时，能够采用现有技术中的D/A转换电路控制可调上升速率直流电源3的输出电压，实现不同电压上升速率的直流高压信号的输出。

3）当可调上升速率直流电源3的输出电压使浪涌保护模块5直流击穿的状态时，电流传感器6的输出使电压比较触发电路8翻转输出以高电平；电压比较触发电路8的翻转信号输出到控制单元201,一方面停止对可调上升速率直流电源3的升压控制,另一方面控制测量单元202的电压瞬态跟随电路9和电压峰值反馈保持电路10工作，将施加在浪涌保护模块5上的最大击穿电压和稳态维持电压保持下来；其中，电压比较触发电路8的比较电平能够预先的进行调整设置。

4）控制单元201控制A/D采集电路11对由电压传感器7输出的施加在浪涌保护模块5两端的高电压转换而来的低电压信号进行数据采集。

5）测量单元202将A/D采集电路11得到的数字信号乘以电压传感器7的刻度因素，得到浪涌保护模块5各部分的直流击穿电压和稳态维持电压，并显示在人机交互单元1上，完成一次测量；对优选实例当中的浪涌保护组合模块来说，具体的得到的就是其各部分L1-PE、L2-PE、L3-PE的放电管的击穿电压和限压型压敏电阻的稳态维持电压。

6）微型计算机控制与测量单元2也可以将测量结果传至上位机计算机管理单元CAU，计算机管理单元可以完成浪涌保护模块5直流击穿电压测试数据的在线显示、存储、查询和报表输出。

Claims (5)

1.浪涌保护模块直流参数的综合测量系统，其特征在于，包括用于参数设置与测量结果显示的人机交互单元(1)、微型计算机控制与测量单元(2)、可调上升速率直流电源(3)、浪涌保护模块(5)、电流传感器(6)和电压传感器(7)以及计算机管理单元CAU；

所述的微型计算机控制与测量单元(2)包括控制单元(201)和测量单元(202)；测量单元(202)包括依次相连接的电压瞬态跟随电路(9)、电压峰值反馈保持电路(10)和A/D采集电路(11)；控制单元(201)分别与人机交互单元(1)、可调上升速率直流电源(3)、电压峰值反馈保持电路(10)和A/D采集电路(11)相连接；

所述的浪涌保护模块(5)一端连接在可调上升速率直流电源(3)的高压输出端，另一端通过电流传感器(6)与可调上升速率直流电源(3)的低压端相连接，浪涌保护模块(5)还通过电压传感器(7)与电压瞬态跟随电路(9)相连；浪涌保护模块(5)采用浪涌保护组合模块，其包括分别连接在火线L1、L2、L3与零线N之间的三个限压型保护元件，以及连接在零线N与地线PE之间的一个开关型保护元件；

所述的电流传感器(6)的输出端通过电压比较触发电路(8)与控制单元(201)相连。

2.根据权利要求1所述的浪涌保护模块直流参数的综合测量系统，其特征在于，所述的可调上升速率直流电源(3)的高压输出端还并接有直流分压器。

3.根据权利要求1所述的浪涌保护模块直流参数的综合测量系统，其特征在于，所述的浪涌保护模块(5)通过限流单元(4)与可调上升速率直流电源(3)的低压输出端相连接。

4.根据权利要求1所述的浪涌保护模块直流参数的综合测量系统，其特征在于，所述的微型计算机控制与测量单元(2)能够与上位机实现通讯连接，与计算机管理单元CAU通过通讯接口连接。

5.基于权利要求1-4中任意一种浪涌保护模块直流参数的综合测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤，

1)通过人机交互单元输入可调上升速率直流电源的电压上升速率；

2)通过控制单元接收电压上升速率的信号，并调节可调上升速率直流电源的输出电压，使其满足浪涌保护模块的直流参数测量的要求；

3)将直流高压连接于L1与PE之间，当可调上升速率直流电源的输出电压使浪涌保护模块L1-PE达到击穿状态时，电流传感器的输出使电压比较触发电路翻转输出以高电平；电压比较触发电路的翻转信号输出到控制单元,一方面停止对可调上升速率直流电源的升压,另一方面控制测量单元的电压瞬态跟随电路和电压峰值反馈保持电路工作，将施加在浪涌保护模块L1-PE之间的最大击穿电压和稳态维持电压保持下来并进行采集与测量；

4)分别自动将直流高压连接于L2与PE以及L3与PE之间，重复上述3)过程，将施加在浪涌保护模块L2-PE、L3-PE之间的最大击穿电压和稳态维持电压保持下来并进行采集与测量；

5)控制单元控制A/D采集电路对由电压传感器输出的施加在浪涌保护模块两端的高电压转换而来的低电压信号进行数据采集；

6)测量单元将A/D采集电路得到的数字信号乘以电压传感器的刻度因素，得到浪涌保护模块各部分的直流击穿电压和稳态维持电压，并显示在人机交互单元上，完成一次测量。