CN103954810A - 一种10/700μS冲击电压发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种10/700μS冲击电压发生器，包括控制电路模块、充电回路模块、放电回路模块，所述控制电路模块分别与充电回路模块、放电回路模块相连；所述充电回路模块包括依次相连的调压电路、升压电路、整流电路、充电电路；所述放电回路模块包括依次相连的高压开关、放电回路、被测试品；所述控制电路模块包括调压控制电路以及相连的直流电源、控制电路。本发明电路结构设计简单，性能稳定，操作方便，测量精度高，便于多次重复测试；电路机构设计中，电路采用继电器自锁控制电路，安全可靠，工作稳定。

Description

一种 10/700 μ S 冲击电压发生器

技术领域

本发明涉及一种10/700μS冲击电压发生器，属于雷电科学与技术领域。

背景技术

IEC61643-21:2000低压电涌保护器第21部分：电信和信号网络电涌保护器性能要求和试验方法中规定，采用10/700μS开路电压波和5/320μS短路电流波作为冲击限制电压波形和冲击电流波形，对信号电涌保护器进行测试。此外，国标GB/T17626.5-2008中明确规定，电磁兼容试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验需采用10/700μS发生器产生的浪涌波形，此类冲击电压发生器能够产生波前时间为10μS，半峰值时间为700μS的冲击电压波形。

为了满足以上的测试标准，本发明提供一种10/700μS冲击电压发生器，该冲击电压发生器可以输出正、负极性的开路电压波，其开路输出电压连续可调，峰值范围为0~5kV，有效输出阻抗为40×(1±10%)Ω。本发明设计的设备电路结构设计简单，性能稳定，操作方便，测量精度高，便于多次重复测试。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种10/700μS冲击电压发生器，根据IEC61643-21:2000和GB/T17626.5-2008中的相关规定，能够产生波前时间为10μS、半峰值时间为700μS的冲击电压波形，用于对信号网络浪涌保护器的性能进行冲击测试。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种10/700μS冲击电压发生器，包括控制电路模块、充电回路模块、放电回路模块，所述控制电路模块分别与充电回路模块、放电回路模块相连，其中：

所述充电回路模块包括依次相连的调压电路、升压电路、整流电路、充电电路；市电220V交流电压首先经过所述调压电路后输出0~220V连续可变的交流电压，其次经过升压电路后输出0~5kV连续可调高压，再次经过整流电路输出直流电压，最后向充电电路进行充电；

所述放电回路模块包括依次相连的高压开关、放电回路、被测试品；所述高压开关控制充电回路模块中的充电电路向放电回路进行放电，形成10/700μS的开路电压波，所述开路电压波施加于被测试品从而达到性能测试的目的；

所述控制电路模块包括用于供电的直流电源、调压控制电路、控制电路；所述调压控制电路用来控制升压电路以改变升压电路中的交流输出电压；所述控制电路用来确保充电回路模块中的充电电路充电时高压开关处于开路状态，放电时高压开关处于短路状态。

作为本发明的进一步优化方案，本发明还包括与调压电路相连的电源滤波电路，用以滤除电源谐波以及防止高压放电时产生高压谐波干扰电源。

作为本发明的进一步优化方案，本发明还包括与充电电路并联的分压器电路，所述分压器电路采用电阻分压器。

作为本发明的进一步优化方案，所述调压电路采用电动调压的自耦调压器。

作为本发明的进一步优化方案，所述升压电路采用升压变压器。

作为本发明的进一步优化方案，所述高压开关采用高压真空交流接触器。

作为本发明的进一步优化方案，所述调压控制电路采用三端按键开关。

作为本发明的进一步优化方案，所述控制电路包括交流接触器模块和继电器模块；所述继电器模块采用继电器自锁结构。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

（1）本发明的电路结构设计简单，性能稳定，操作方便，测量精度高，便于多次重复测试；

（2）本发明的采用继电器自锁控制电路，安全可靠，工作稳定；

（3）本发明的高压输出端，采用一端与大地相互连接设计，设备外壳与地电位相等，保证操作人员的人身安全；

（4）本发明电路结构设计中，测量回路的分压器采用电阻分压器，具有测量响应时间快，干扰小的特点；高压部分的电源与低压部分采用隔离接地的方法，操作安全，避免触电的危险。

附图说明

图1是本发明的结构框图.

图2是本发明优选实施例的充电回路模块示意图。

图3是本发明优选实施例的放电回路模块示意图。

图4是本发明优选实施例的调压控制电路示意图。

图5是本发明优选实施例的交流接触器模块示意图。

图6是本发明优选实施例的继电器模块示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明设计一种10/700μS冲击电压发生器，如图1所示，包括控制电路模块、充电回路模块、放电回路模块，所述控制电路模块分别与充电回路模块、放电回路模块相连，其中：

所述充电回路模块包括依次相连的调压电路、升压电路、整流电路、充电电路；市电220V交流电压首先经过所述调压电路后输出0~220V连续可变的交流电压，其次经过升压电路后输出0~5kV连续可调高压，再次经过整流电路输出直流电压，最后向充电电路进行充电；

所述放电回路模块包括依次相连的高压开关、放电回路、被测试品；所述高压开关控制充电回路模块中的充电电路向放电回路进行放电，形成10/700μS的开路电压波，所述开路电压波施加于被测试品从而达到性能测试的目的；

所述控制电路模块包括用于供电的直流电源、调压控制电路、控制电路；所述调压控制电路用来控制升压电路以改变升压电路中的交流输出电压；所述控制电路用来确保充电回路模块中的充电电路充电时高压开关处于开路状态，放电时高压开关处于短路状态。

本发明一种10/700μS冲击电压发生器的优选实施例的充电回路模块如图2所示，由依次连接的电源滤波电路、调压电路、升压电路、整流电路、充电电路构成。

电源滤波电路由电容C1、电容C2、电容C3、电感L1、电感L2、保险丝Fuse、交流接触器开关K1构成，该电路的主要作用是滤除电源谐波，以及当高压放电时防止产生高压谐波干扰电源。其中，交流接触器开关K1受高压分、高压合开关的控制，当高压分时，交流接触器开关K1断开，高压合时，交流接触器开关K1闭合。

调压电路由自耦调压器B1构成，采用电动调压器，受电机控制电路控制，控制调压器中心抽头的位置，以改变电压的升高或降低。

升压电路由升压变压器B2构成，输出电压范围为0~5kV，输出电压的高低由调压器的输出电压控制。

整流电路由二极管D1和二极管 D2构成，将升压变压器B2输出的高压交流电压转换为高压直流电压。

充电电路由极性转换开关K2、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电容C4构成。极性转换开关K2一端可以连接到整流电路中的二极管D1和二极管 D2，由旋转继电器控制，用于改变开路电压波的极性。电阻R1为充电限流电阻，其作用是用来限制主充放电电容的充电电流大小。电阻R2和电阻R3串联构成分压器电路，两个电阻连接的公共端引出一块电压表V，用于分压后显示电容两端的电压值。电容C4为主充放电电容，用于储存开路电压波形所需的冲击能量。

本发明一种10/700μS冲击电压发生器的优选实施例的放电回路模块如图3所示，由依次连接的高压开关、放电回路、被测试品、电阻分压器组成。其中：高压开关由高压真空交流接触器K3构成，当主充放电电容C4充电完毕后，高压真空交流接触器K3闭合，使主充放电电容C4向放电回路进行放电；放电回路由电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C5组成，形成10/700μS电压波的放电回路；被测试品为信号网络浪涌保护器。此外，电阻R6和电阻R7构成测量端的电阻分压器，并联在被测试品的两端，同时电阻R6和电阻R7的公共端导出一根引线，可以连接示波器直接进行测量。

本发明一种10/700μS冲击电压发生器的优选实施例中，所述控制电路模块包括调压控制电路以及相连的直流电源、控制电路；所述控制电路包括交流接触器模块和继电器模块；所述直流电源由12V的直流电源模块组成，用于为控制电路中的继电器提供所需的工作电压。

本发明一种10/700μS冲击电压发生器的优选实施例的调压控制电路如图4所示，调压控制电路由三端的按键开关组成，当1、2端接通时电路升压；当2、3端接通时，电路降压。

本发明一种10/700μS冲击电压发生器的优选实施例的交流接触器模块如图5所示，采用220V工频电源为交流接触器供电，交流接触器K1和继电器触点J2-2串联，交流接触器K1的另一端接地，而继电器触点J2-2另一端接220V电源；交流接触器K3和继电器触点J3-2串联，交流接触器K3的另一端接地，而继电器触点J3-2另一端接220V电源，起到控制电容充放电的作用。

本发明一种10/700μS冲击电压发生器的优选实施例的继电器模块如图6所示，按钮开关由高压分、高压合、高压触发、电机控制、极性转换开关等组成，电路结构采用继电器自锁结构。其工作原理是：高压分按键开关AN1与继电器J1相互串联，其另外两端分别接12V直流电源和地，这样就构成高压分控制电路，按下AN1，继电器J1工作，常闭触点J1-1断开，控制主回路断开；高压合按键开关AN2与继电器J2及触点J2-1、J1-1、J3-1组成高压合控制电路，其中高压合AN2按键与继电器触点J2-1并联，一端接12V直流电源，另一端依次串联继电器J2，继电器触点J1-1和J1-2按下AN2按键，继电器J2通电，常开触点J2-1闭合，实现自锁，J1-1为J1的常闭触点，J3-1为J3的常闭触点，J2通电后，J2-2闭合，交流接触器K1线路通电，交流接触器K1闭合，使主回路通电；极性转换开关电路与旋转继电器K2相互串联组成极性转换电路，极性转换电路的一端接12V直流电源，另一端接地，其有两个工作状态断开和闭合，断开时旋转继电器K2与图5中的1点接触，形成负电压充电电路。闭合时，旋转继电器K2与2点位置相连接，组成正电压充电回路；高压触发按键开关AN3与继电器J3串联构成高压触发控制电路，两者的两个非公共端，一端接12V直流电源，另一端接地，按下高压触发按键开关AN3，继电器J3通电，继电器J3的常开触头闭合，高压交流接触继电器K3线圈通电闭合，形成放电通路。高压触发按键开关AN3按下的同时，继电器J3的常闭触点J3-1断开，继电器J2断电，高压合控制电路处于断电状态。等待下一次按下高压分AN2进行下一次测试，当充电过程中，如果发现有故障现象时，按下高压分按键开关AN1，电路停止充电。

本发明中所述放电回路中的具体参数配置可以根据放电回路的微分方程计算得出。本发明的优选参数分别为：R1=204KΩ，R2=20MΩ，R3=80KΩ，R4=50Ω，R5=15Ω，C4=20uF，C5=0.2uF，R6=25Ω。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种10/700μS冲击电压发生器，其特征在于，包括控制电路模块、充电回路模块、放电回路模块，所述控制电路模块分别与充电回路模块、放电回路模块相连，其中：

所述充电回路模块包括依次相连的调压电路、升压电路、整流电路、充电电路；市电220V交流电压首先经过所述调压电路后输出0~220V连续可变的交流电压，其次经过升压电路后输出0~5kV连续可调高压，再次经过整流电路输出直流电压，最后向充电电路进行充电；

所述放电回路模块包括依次相连的高压开关、放电回路、被测试品；所述高压开关控制充电回路模块中的充电电路向放电回路进行放电，形成10/700μS的开路电压波，所述开路电压波施加于被测试品从而达到性能测试的目的；

所述控制电路模块包括用于供电的直流电源、调压控制电路、控制电路；所述调压控制电路用来控制升压电路以改变升压电路中的交流输出电压；所述控制电路用来确保充电回路模块中的充电电路充电时高压开关处于开路状态，放电时高压开关处于短路状态。

2.根据权利要求1所述的一种10/700μS冲击电压发生器，其特征在于，还包括与调压电路相连的电源滤波电路，用以滤除电源谐波以及防止高压放电时产生高压谐波干扰电源。

3.根据权利要求1所述的一种10/700μS冲击电压发生器，其特征在于，还包括与充电电路并联的分压器电路，所述分压器电路采用电阻分压器。

4.根据权利要求1所述的一种10/700μS冲击电压发生器，其特征在于，所述调压电路采用电动调压的自耦调压器。

5.根据权利要求1所述的一种10/700μS冲击电压发生器，其特征在于，所述升压电路采用升压变压器。

6.根据权利要求1所述的一种10/700μS冲击电压发生器，其特征在于，所述高压开关采用高压真空交流接触器。

7.根据权利要求1所述的一种10/700μS冲击电压发生器，其特征在于，所述调压控制电路采用三端按键开关。

8.根据权利要求1所述的一种10/700μS冲击电压发生器，其特征在于，所述控制电路包括交流接触器模块和继电器模块；所述继电器模块采用继电器自锁结构。