CN104502665A - 残余电压测试装置及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种残余电压测试装置及其测试方法，包括壳体(1)，壳体(1)内设有内部电源供给模块(2)、MCU模块(3)、按键输入模块(4)、变频电源输入模块(5)、峰值电压检测模块(6)和电压输出及断开控制模块(7)，内部电源供给模块(2)、按键输入模块(4)的输出端分别连接MCU模块(3)，MCU模块(3)连接峰值电压检测模块(6)，峰值电压检测模块(6)的输入端连接变频电源输入模块(5)，峰值电压检测模块(6)的输出端连接电压输出及断开控制模块(7)；本发明同现有技术相比，通过验证和比对试验，该测试装置与高压高阻抗探头以及示波器的组合使用，可以非常有效地解决目前重复测试且精度不够准确的问题。
Description
[技术领域]
本发明涉及电子电气设备检测装置技术领域，具体地说是一种残余电压测试装置及其测试方法。
[背景技术]
针对医疗器械标准IEC 60601-1：2005通用标准中第8.4.3章节ME EQUIPMENT intended to be connected to a power source by a plug&第8.4.4章节Internal capacitive circuits(内部电容电路),或医疗器械标准IEC 60601-1:1988中第15章电压和(或)能量限制，以及60950的相关条款测试。
目前对于插头放电测试，常规的方式是通过测试人员机械式拔插后，再连接示波器测量残余电压大小来实现测试目的。这种方式存在的不足之处有两点：其一，插头与示波器之间的连接时间通常大于一秒钟；其二，无法有效保证在正弦波的峰值状态断开。
因有源医疗器械的特殊性以及复杂性，目前市面上暂无针对有源医疗器械的相关产品，从测试的角度来说，很多第三方实验室以及国家性实验室采用的方法还是人为的拔插，这样的话会产生三个问题。1)测试重复性不好，误差大；2)人为因素决定了测试的准确度；3)智能化水平不高。
[发明内容]
本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种残余电压测试装置及其测试方法，通过验证和比对试验，该测试装置与高压高阻抗探头以及示波器的组合使用，可以非常有效地解决目前重复测试且精度不够准确的问题。
为实现上述目的设计一种残余电压测试装置，包括壳体1，所述壳体1内设有内部电源供给模块2、MCU模块3、按键输入模块4、变频电源输入模块5、峰值电压检测模块6和电压输出及断开控制模块7，所述内部电源供给模块2、按键输入模块4的输出端分别连接MCU模块3，所述MCU模块3连接峰值电压检测模块6，所述峰值电压检测模块6的输入端连接变频电源输入模块5，所述峰值电压检测模块6的输出端连接电压输出及断开控制模块7，所述壳体1的正面设有L输入端8、N输入端9、使用状态指示灯10、启动按键11、停止按键12以及控制盒插座13，所述启动按键11、停止按键12由线路连接按键输入模块4。
所述变频电源输入模块5将正弦波转换为直流脉冲输入，并自动识别及切换50Hz与60Hz；所述内部电源供给模块2用于对残余电压测试装置内部硬件进行供电；所述按键输入模块4用于启动和停止该残余电压检测装置，所述启动按键11使装置的插座带电，所述停止按键12使峰值断电；所述电压输出及断开控制模块7使得按键输入模块4的停止按键12被按下后，MCU模块3能够通过峰值电压检测模块6就近寻找到一个频率周期中最近的波峰进行断电；所述峰值电压检测模块6用于读取波峰或波谷的峰值位置。
该残余电压测试装置的测试方法，包括以下步骤，
1)将L输入端、N输入端通过两根电源线连接到高压高阻抗探头两端，所述高压高阻抗探头通过线路连接示波器的一端，所述示波器的另一端连接220V市电，打开示波器进行检测；
2)将样品的电源线插入控制盒插座中残余电压测试装置的插座处，同时打开样品的开关；
3)将0-300V用电接在控制盒插座中变频电源插座处，并调节变频电源，以达到样品输入的测试电压要求；
4)设置示波器参数，将X、Y轴分别调整为100V/单位格和500ms/单位格；
5)按下启动按键，启动电源，此时使用状态指示灯亮起，表示控制盒插座此时有电，提醒测试人员注意安全；
6)在任意检测过程时刻按下STOP，此时无论交流电在波峰或波谷，都能从顶端电源呈指数型跌落；
7)通过调整示波器的暂停按钮，调整到1s后，得到数值，并读出结果，此测试结果表明插头在峰值电压情况下与网电源分离一秒钟后所得放电数据，即完成一次测试，重复进行10次，即完成测试目的。
所述样品包括工作电流区间在0-15A以及电压范围在0-300V交流额定输入的用电设备。
所述MCU模块包括PIC单片机，所述PIC单片机采用内部晶振、中断功能，且其n秒级的时间运算，对市电的频率的采样运算可以覆盖。
所述PIC单片机中的继电器采用无触点固态继电器，所述无触点固态继电器用于保证10ms分断速率，所述无触点固态继电器的最大输出额定电流为20A。
本发明同现有技术相比，该装置待测设备正常通电，从交流电的峰值(波峰或波谷)及时断电，等待1s后测试设备插头两极的残余电压是否超过60V～。且根据现行国内外有源医疗器械以及相关电子电气类产品标准要求，残余电压测试需具备一只内阻不低于100MΩ的测试探头以及一台示波器，并要求在当前测试电压峰值位置进行10次断电处理。为了适应有源医疗器械相应的严苛标准，本发明所述的残余电压测试装置为了做到读数的准确性，根据IEC60601-1的标准分析，两相线之间接入的干扰抑制电容器≤0.1μF时，可豁免进行相线间测 量，故根据放电系数等式τ＝RC。其高压高阻抗探头的最小值必须大于10MΩ，为了更好的进行测量，本发明采用500MΩ的高压高阻抗探头，因考虑到数值读取的实时性、减少读数误差，本装置目前采用直接借助示波器读取测试结果方式，以保证读数的精准性。综上：本发明通过验证和比对试验，该测试装置与高压高阻抗探头以及示波器的组合使用，可以非常有效地解决目前重复测试且精度不够准确的问题。此外，该款测试装置无需测试人员人工干预插拔被测设备的插头，只需通过装置上“Run”和“Stop”按钮来完成一系列的测试，即可通过示波器的读数得到数据，简单方便。
[附图说明]
图1是本发明的原理框图；
图2是本发明使用时的连接示意图；
图3是本发明从波峰断电的指数衰减图；
图4是本发明从波谷断电的指数衰减图；
图中：1、壳体 2、内部电源供给模块 3、MCU模块 4、按键输入模块 5、变频电源输入模块 6、峰值电压检测模块 7、电压输出及断开控制模块 8、L输入端 9、N输入端 10、使用状态指示灯 11、启动按键 12、停止按键 13、控制盒插座 14、高压高阻抗探头 15、示波器。
[具体实施方式]
下面结合附图对本发明作以下进一步说明：
如附图所示，本发明包括：壳体1，壳体1内设有内部电源供给模块2、MCU模块3、按键输入模块4、变频电源输入模块5、峰值电压检测模块6和电压输出及断开控制模块7，内部电源供给模块2、按键输入模块4的输出端分别连接 MCU模块3，MCU模块3连接峰值电压检测模块6，峰值电压检测模块6的输入端连接变频电源输入模块5，峰值电压检测模块6的输出端连接电压输出及断开控制模块7，壳体1的正面设有L输入端8、N输入端9、使用状态指示灯10、启动按键11、停止按键12以及控制盒插座13，启动按键11、停止按键12由线路连接按键输入模块4。其中，变频电源输入模块5将正弦波转换为直流脉冲输入，并自动识别及切换50Hz与60Hz；内部电源供给模块2用于对残余电压测试装置内部硬件进行供电；按键输入模块4用于启动和停止该残余电压检测装置，启动按键11使装置的插座带电，停止按键12使峰值断电；电压输出及断开控制模块7使得按键输入模块4的停止按键12被按下后，MCU模块3能够通过峰值电压检测模块6就近寻找到一个频率周期中最近的波峰进行断电；峰值电压检测模块6用于读取波峰或波谷的峰值位置。
该残余电压测试装置的测试方法，包括以下步骤，
1)将L输入端、N输入端通过两根电源线连接到高压高阻抗探头两端，高压高阻抗探头通过线路连接示波器的一端，示波器的另一端连接220V市电，打开示波器进行检测；
2)将样品的电源线插入控制盒插座中残余电压测试装置的插座处，同时打开样品的开关；
3)将0-300V用电接在控制盒插座中变频电源插座处，并调节变频电源，以达到样品输入的测试电压要求；
4)设置示波器参数，将X、Y轴分别调整为100V/单位格和500ms/单位格；
5)按下启动按键，启动电源，此时使用状态指示灯亮起，表示控制盒插座此时有电，提醒测试人员注意安全；
6)在任意检测过程时刻按下STOP，此时无论交流电在波峰或波谷，都能从顶端电源呈指数型跌落；
7)通过调整示波器的暂停按钮，调整到1s后，得到数值，并读出结果，此测试结果表明插头在峰值电压情况下与网电源分离一秒钟后所得放电数据，即完成一次测试，重复进行10次，即完成测试目的。
其中，样品包括工作电流区间在0-15A以及电压范围在0-300V交流额定输入的用电设备。MCU模块包括PIC单片机，PIC单片机采用内部晶振、中断功能，且其n秒级的时间运算，对市电的频率的采样运算可以覆盖，该PIC单片机中的继电器采用无触点固态继电器，无触点固态继电器用于保证10ms分断速率，无触点固态继电器的最大输出额定电流为20A。
本发明涉及一套设备插头残余电压放电测试方法装置，可针对应用于单相有源医疗器械以及相关电子与电气消费品等，包括家用电器、检测设备、电源适配器等。该款测试装置无需测试人员人工干预插拔被测设备的插头，只需通过装置上“Run”和“Stop”的按钮来完成一系列的测试，即可通过示波器的读数得到数据，简单方便。
该残余电压测试装置的设计能够有效满足工作电流区间在0-15以及电压范围在0-300V交流额定输入的用电设备。同时，该装置的输出插座采用国标以及多用途插座，可兼容不同国家插头。波形采样技术上，通过内部PIC单片机运算，有效保证波峰、波谷分断能力。
该残余电压测试装置硬件设计采用无触点固态继电器，有效保证10ms分断速率，高于目前市面上其它类型继电器40ms以上的断电时间，以期达到理想的峰值抓取的准确性；同时所采用的固态继电器最大输出额定电流为20A，可有效 满足绝大多数实验室被测设备的额定负载范围，达到保证测试的可靠性与安全性的考虑。PIC单片机采用内部晶振、中断功能、低功耗，且其n秒级的时间运算，对市电的频率的采样运算完全可以覆盖。
本发明所述的残余电压测试装置，其块状原理图包括：内部电源供给模块、MCU模块、按键输入模块、变频电源输入模块、峰值电压检测模块以及电压输出及断开检测模块。该残余电压测试装置主要模块电路硬件简介：峰值电压检测模块是因被检测的样品需在不同的电压下进行检测，所以本残余电压测试装置采用变频电源输入，将正弦波转换为直流脉冲输入，并自动可以识别并切换50Hz与60Hz，读取到峰值(波峰或波谷)位置。内部电源供给模块主要是对于残余电压测试装置内部硬件进行供电使用，采用220V交流输入经过内部交直流转换、滤波和三端稳压后分别输出直流15V、12V和5V供各模块供电使用。按键输入模块主要是启动和停止该残余电压检测装置，启动(RUN)使装置的插座带电，停止(STOP)峰值断电，准备检测。电压输出及断开模块，主要作用是当按键输入模块的STOP按键被按下后，MCU通过峰值电压采样模块就近寻找到一个频率周期中最近的波峰进行断电。
测试时，通过两根标准电源线将220V～的接在市电处(给测试装置供电)，将0-300V～接在变频电源插座处，调节实验室的变频电源达到样品输入的测试电压要求，然后将测试装置的L、N上的2个鳄鱼夹分别连接到高压高阻抗探头两端连接示波器，打开示波器进行检测。将样品的电源线，插入残余电压测试装置的插座处，同时打开样品的开关。设置示波器参数，将X，Y轴分别调整为100V/单位格和500ms/单位格。按下RUN按钮，启动电源，此时IN USE的红灯亮起，意在提醒测试人员控制盒插座此时已经带电，需注意安全。在任意检测过程时刻按下STOP，此时无论交流电在波峰或是波谷都能从顶端电源呈 指数型跌落。通过调整示波器的暂停按钮，调整到1s后，得到数值，并读出结果，此测试结果表明插头在峰值电压情况下与网电源分离一秒钟后所得放电数据，即完成一次测试，重复进行10次，即完成该项目测试目的。
该装置待测设备正常通电，从交流电的峰值(波峰或波谷)及时断电，等待1s后测试设备插头两极的残余电压是否超过60V～。如单纯依靠手动插拔，即使通过示波器的实时监控，也很难精确地从波峰以及波谷(根号2倍的有效值)使插头与电网分离，如此会造成测试结果并非在最恶劣条件下获得，从而需要十次拔插以从概率分布方式假设在峰值情况下取得最大值的条件。该标准条款考量插头被拔出后1s后的目的是避免人体无意识触摸到插头金属部分时，应不会因内部电路放电而造成触电或电麻的现象发生。根据现行国内外有源医疗器械以及相关电子电气类产品标准要求，残余电压测试需具备一只内阻不低于100MΩ的测试探头以及一台示波器，且要求在当前测试电压峰值位置进行10次断电处理。
本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种残余电压测试装置，其特征在于：包括壳体(1)，所述壳体(1)内设有内部电源供给模块(2)、MCU模块(3)、按键输入模块(4)、变频电源输入模块(5)、峰值电压检测模块(6)和电压输出及断开控制模块(7)，所述内部电源供给模块(2)、按键输入模块(4)的输出端分别连接MCU模块(3)，所述MCU模块(3)连接峰值电压检测模块(6)，所述峰值电压检测模块(6)的输入端连接变频电源输入模块(5)，所述峰值电压检测模块(6)的输出端连接电压输出及断开控制模块(7)，所述壳体(1)的正面设有L输入端(8)、N输入端(9)、使用状态指示灯(10)、启动按键(11)、停止按键(12)以及控制盒插座(13)，所述启动按键(11)、停止按键(12)由线路连接按键输入模块(4)。
2.如权利要求1所述的残余电压测试装置，其特征在于：所述变频电源输入模块(5)将正弦波转换为直流脉冲输入，并自动识别及切换50Hz与60Hz；所述内部电源供给模块(2)用于对残余电压测试装置内部硬件进行供电；所述按键输入模块(4)用于启动和停止该残余电压检测装置，所述启动按键(11)使装置的插座带电，所述停止按键(12)使峰值断电；所述电压输出及断开控制模块(7)使得按键输入模块(4)的停止按键(12)被按下后，MCU模块(3)能够通过峰值电压检测模块(6)就近寻找到一个频率周期中最近的波峰进行断电；所述峰值电压检测模块(6)用于读取波峰或波谷的峰值位置。
3.一种如权利要求1所述残余电压测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤，
1)将L输入端、N输入端通过两根电源线连接到高压高阻抗探头两端，所述高压高阻抗探头通过线路连接示波器的一端，所述示波器的另一端连接220V市电，打开示波器进行检测；
2)将样品的电源线插入控制盒插座中残余电压测试装置的插座处，同时打开样品的开关；
3)将0-300V用电接在控制盒插座中变频电源插座处，并调节变频电源，以达到样品输入的测试电压要求；
4)设置示波器参数，将X、Y轴分别调整为100V/单位格和500ms/单位格；
5)按下启动按键，启动电源，此时使用状态指示灯亮起，表示控制盒插座此时有电，提醒测试人员注意安全；
6)在任意检测过程时刻按下STOP，此时无论交流电在波峰或波谷，都能从顶端电源呈指数型跌落；
7)通过调整示波器的暂停按钮，调整到1s后，得到数值，并读出结果，此测试结果表明插头在峰值电压情况下与网电源分离一秒钟后所得放电数据，即完成一次测试，重复进行10次，即完成测试目的。
4.如权利要求3所述的测试方法，其特征在于：所述样品包括工作电流区间在0-15A以及电压范围在0-300V交流额定输入的用电设备。
5.如权利要求4所述的测试方法，其特征在于：所述MCU模块包括PIC单片机，所述PIC单片机采用内部晶振、中断功能，且其n秒级的时间运算，对市电的频率的采样运算可以覆盖。
6.如权利要求5所述的测试方法，其特征在于：所述PIC单片机中的继电器采用无触点固态继电器，所述无触点固态继电器用于保证10ms分断速率，所述无触点固态继电器的最大输出额定电流为20A。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150408 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |