CN105510652A - 用于hemp传导抗扰度试验的脉冲电流注入源 - Google Patents

用于hemp传导抗扰度试验的脉冲电流注入源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于HEMP传导抗扰度试验的脉冲电流注入源，涉及脉冲电流产生装置技术。所述注入源包括高压充电电源、Marx发生器、阻抗匹配模块和控制器，所述高压充电电源的输出端与所述Marx发生器的输入端连接，高压充电电源用于为所述Marx发生器提供高压充电电源，所述Marx发生器的输出端与所述阻抗匹配模块的输入端连接，Marx发生器输出双指数波，经阻抗匹配模块整形和阻抗匹配后输出符合标准要求的双指数脉冲电流波形。所述脉冲电流注入源可以方便的改变脉冲电流注入源的输出电流波形、峰值电流和源内阻，以便于利用一台脉冲电流注入源实现不同标准的高空核电磁脉冲传导抗扰度试验，通用性强，使用方便。

Description

用于HEMP传导抗扰度试验的脉冲电流注入源
技术领域
本发明涉及脉冲电流产生装置技术，尤其涉及一种用于HEMP传导抗扰度试验的脉冲电流注入源。
背景技术
高空核电磁脉冲（High-altitudenuclearEMP，HEMP）可以通过传导耦合方式在电源线、数据传输线或外壳上等产生传导电流，干扰电子设备的正常工作。为考核电子设备高空核电磁脉冲传导抗扰度，IEC国际电工委员会IEC61000-4-25规定了高空核电磁脉冲传导抗扰度试验等级和试验方法。美国军用标准MIL-STD-188-125规定了高空核电磁脉冲传导试验要求和脉冲电流注入试验方法。
但两个标准中规定的注入电流波形和脉冲电流注入源内阻不同。IEC61000-4-25标准规定高空核电磁脉冲传导抗扰度试验等级EC10试验电压为25kV，短路电流为500A，脉冲电流注入源等效内阻为50Ω，输出为25/500ns的双指数波；试验等级EC11试验电压为160kV，短路电流为3200A，脉冲电流注入源等效内阻为50Ω，输出电流为10/100ns的双指数波。美军标MIL-STD-188-125-1和MIL-STD-188-125-2标准规定，埋地电缆试验等级的短路峰值电流为800A，波形为双指数波，上升时间为20ns，半波宽度为500~550ns，脉冲电流注入源的内阻不小于60Ω；标准中规定裸露电缆试验电流波形采用与埋地电缆相同的双指数波，但共模注入峰值电流为5000A，差模注入峰值为2500A。因此，有必要开发一种能够实现多种输出波形和不同内阻的脉冲电流注入源电源，以便于按照不同测试标准开展高空核电磁脉冲传导抗扰度试验。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于HEMP传导抗扰度试验的脉冲电流注入源，所述脉冲电流注入源可以方便的改变脉冲电流注入源的输出电流波形、峰值电流和源内阻，以便于利用一台脉冲电流注入源实现不同标准的高空核电磁脉冲传导抗扰度试验，通用性强，使用方便。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种用于HEMP传导抗扰度试验的脉冲电流注入源，其特征在于：包括高压充电电源、Marx发生器、阻抗匹配模块和控制器，所述高压充电电源的输出端与所述Marx发生器的输入端连接，高压充电电源用于为所述Marx发生器提供高压充电电源，所述Marx发生器的输出端与所述阻抗匹配模块的输入端连接，Marx发生器输出双指数波，经阻抗匹配模块整形和阻抗匹配后输出正负极性可选并符合标准要求的双指数脉冲电流波形，Marx发生器整体作为一个单元模块，更换整个单元模块实现不同的波形输出，所述控制器的控制输出端分别与高压充电电源的控制端以及Marx发生器的控制端连接，用于控制充电过程和触发Marx发生器放电过程。
进一步的技术方案在于：所述高压充电电源包括调压变压器、高压试验变压器、第一高压整流模块和第二高压整流模块，调压变压器的初级线圈的输入端接电源，调压变压器次级线圈的输出端接高压试验变压器的初级线圈，高压试验变压器将输入的电源进行二次升压后，得到几十kV的交流电，高压试验变压器的一个输出端接地，另一个输出端分别接第一高压整流模块和第二高压整流模块，第一高压整流模块的输出端为正极性的脉冲直流信号，第二高压整流模块的输出端为负极性的脉冲直流信号，所述控制器用于调节高压试验变压器的输出电压。
进一步的技术方案在于：所述第一高压整流模块的输出端设有第一高压接线端子，所述第二高压整流模块的输出端设有第二高压接线端子，Marx发生器的输入端通过第一高压电缆与所述第一高压接线端子或第二高压接线端子连接。
进一步的技术方案在于：所述阻抗匹配模块包括匹配电阻，所述匹配电阻的一端为所述阻抗匹配模块的输入端，所述匹配电阻的另一端为所述阻抗匹配模块的输出端。
进一步的技术方案在于：所述匹配模块还包括锐化开关和锐化电容，所述锐化开关串联在所述匹配模块的输入端上，所述锐化电容的一端与所述匹配模块的输入端连接，另一端接地；
Marx发生器的输出端经第二高压电缆对锐化电容充电，当充电到最大电压时刻时锐化开关导通，由于锐化回路电感极小，因此可以得到更快的上升前沿；如果Marx发生器直接输出波形上升时间能满足标准要求则可以省略锐化回路，即锐化电容断路，锐化开关短路。
进一步的技术方案在于：所述匹配模块还包括隔离器，所述隔离器串联在所述匹配模块的输出端，所述隔离器的输出端为所述电源注入源的输出端。
进一步的技术方案在于：所述控制器包括调压控制模块和触发控制模块。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明的脉冲注入电流源可以输入IEC61000-4-25和MIL-STD-188-125两个标准多种双指数波形，输出电压可调，可以用于直接电流注入、电容耦合夹和电流环注入，以便于利用一台脉冲电流注入源实现不同标准的高空核电磁脉冲传导抗扰度试验，通用性强，使用方便。
附图说明
图1是本发明的原理框图；
图2是本发明的电路原理图；
图3是本发明的脉冲电流注入源直接注入原理图；
图4是本发明的脉冲电流注入源电容夹注入原理图；
图5是本发明的脉冲电流注入源电流环注入原理图。
其中：1、高压充电电源2、Marx发生器3、阻抗匹配模块4、控制器5、调压变压器6、高压试验变压器7、第一高压整流模块8、第二高压整流模块9、第一高压接线端子10、第二高压接线端子11、Marx发生器的输入端12、第一高压电缆13、充电限流电阻14、充电电容15、触发开关16、自击穿气体火花间隙开关17、第二高压电缆18、锐化电容19、锐化开关20、匹配电阻21、隔离器22、所述脉冲电流注入源的输出端23、调压控制模块24、触发控制模块；
1-1、第一脉冲电流注入源1-2、选择端子1-3、第一受试设备1-4、第一去耦网络；
2-1、第二脉冲电流注入源2-2、第一高压同轴电缆2-3、电容耦合夹2-4、第二受试设备2-5、辅助设备2-6、第一绝缘支撑物2-7、第二绝缘支撑物2-8、接地线；
3-1、第三脉冲电流注入源3-2、第二高压同轴电缆3-3、电流注入探头3-4、第二去耦网络3-5、第三受试设备3-6、监测探头3-7、示波器。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，本发明公开了一种用于HEMP传导抗扰度试验的脉冲电流注入源，包括高压充电电源1、Marx发生器2、阻抗匹配模块3和控制器4。所述高压充电电源1的输出端与所述Marx发生器2的输入端连接，高压充电电源1用于为所述Marx发生器2提供高压充电电源。所述Marx发生器2的输出端与所述阻抗匹配模块3的输入端连接，Marx发生器2输出双指数波，经阻抗匹配模块3整形和阻抗匹配后输出正负极性可选并符合标准要求的双指数脉冲电流波形。所述控制器4包括调压控制模块23和触发控制模块24，所述控制器4的控制输出端分别与高压充电电源1的控制端以及Marx发生器2的控制端连接，通过调压控制模块23控制充电过程并通过触发控制模块24触发Marx发生器2放电过程。
如图2所示，所述高压充电电源1包括调压变压器5、高压试验变压器6、第一高压整流模块7和第二高压整流模块8。调压变压器5的初级线圈的输入端接电源，调压变压器5次级线圈的输出端接高压试验变压器6的初级线圈，高压试验变压器6将输入的电源进行二次升压后，得到几十kV的交流电。高压试验变压器6的一个输出端接地，另一个输出端分别接第一高压整流模块7和第二高压整流模块8，第一高压整流模块7的输出端设有第一高压接线端子9，该端输出为正极性的脉冲直流信号；第二高压整流模块8的输出端设有第二高压接线端子10，该端输出为负极性的脉冲直流信号，所述控制器4用于调节高压试验变压器6的输出电压。Marx发生器2的输入端通过高压电缆12与所述第一高压接线端子9或第二高压接线端子10连接。
通过控制器内的调压控制模块改变高压试验变压器6的初级电压，从而，调整高压试验变压器6的输出电压，利用两个高压整流模块对输出交流电压半波整流，实现正、负高压直流输出，输出直流高压对Marx发生器充电。
所述Marx发生器2包括第一级脉冲发生电路、第二级脉冲发生电路…第N级脉冲发生电路；所述第一级脉冲发生电路包括两个充电限流电阻13、一个充电电容14和一个触发开关15，其中的一个限流电阻为第一限流电阻，另一个限流电阻为第二限流电阻，第一限流电阻的一端为所述Marx发生器的一个输入端，该输入端与所述第一高压整流模块7或第二高压整流模块8的输出端连接，第一限流电阻的另一端经充电电容14与第二限流电阻的一端连接，第二限流电阻的另一端为所述第一级脉冲发生电路的另一个输入端，该输入端接地；所述触发开关15的一端接第一限流电阻与充电电容14的结点，该结点为所述第一级脉冲发生电路的一个输出端，所述触发开关15的另一端接第二限流电阻与充电电容的结点，该结点为所述第一级脉冲发生电路的另一个输出端，所述触发开关15受控于所述控制器4；所述第二级脉冲发生电路至第N级脉冲发生电路的组成相同，包括两个充电限流电阻13、一个充电电容14和自击穿气体火花间隙开关16，其中的一个限流电阻为第三限流电阻，另一个限流电阻为第四限流电阻，第三限流电阻的一端为所述第二级脉冲发生电路的一个输入端，第三限流电阻的另一端经第二充电电容与第四限流电阻的一端连接，第四限流电阻的另一端为所述第二级脉冲发生电路的另一个输入端；所述自击穿气体火花间隙开关16的一端接第三限流电阻与充电电容的结点，该结点为所述第二级脉冲发生电路的一个输出端，所述自击穿气体火花间隙开关16的另一端接第四限流电阻与充电电容14的结点，该结点为所述第二级脉冲发生电路的另一个输出端；所述第一级脉冲发生电路的输出端与所述第二级脉冲发生电路的输入端连接，第二级脉冲发生电路的输出端与第三级脉冲发生电路的输入端连接，依次类推，所述第N-1级脉冲发生电路的输出端与第N级脉冲发生电路的输入端连接，第N级脉冲发生电路只有一个输出端，该输出端为第四限流电阻与充电电容的结点，第N级脉冲发生电路的输出端为所述Marx发生器2的输出端。
高压充电电源1的高压接线端子经第一高压电缆和充电限流电阻对Marx发生器储能电容充电。充电限流电阻的电阻值为R，Marx发生器的储能电容的容值为C，其中RC＞10tw，tw为Marx发生器输出双指数波的半峰值宽度。第一高压电缆接第一高压接线端子9，Marx发生器2充正电压；第一高压电缆接第二高压接线端子10，Marx发生器2充负电压。当充电到规定电压时，控制器4的触发控制单元24动作，触发控制器触发开关St导通，在过电压激励下自击穿气体火花间隙开关16依次导通，Marx发生器输出正或负双指数脉冲波形。为保证输出波形上升前沿足够陡，储能电容14应为无感电容。Marx发生器整体作为一个单元模块，更换整个单元模块实现不同的波形输出。
如图2所示，所述阻抗匹配模块3包括锐化开关19、锐化电容18、匹配电阻20和隔离器21。所述匹配电阻20的一端为所述阻抗匹配模块3的输入端，所述匹配电阻20的另一端为所述阻抗匹配模块3的输出端。所述锐化开关19串联在所述匹配模块的输入端上，所述锐化电容18的一端与所述匹配模块的输入端连接，另一端接地。所述隔离器串联在所述匹配模块的输出端，所述隔离器的输出端为所述电源注入源的输出端22。
由于Marx发生器所用电容的电感不同，Marx发生器的双指数波脉冲前沿可能不能满足标准要求，因此可能需要对Marx发生器输出波形进一步锐化。锐化电容Cp、锐化开关Sp，为可选，需根据Marx发生器输出原始波形确定，如果原始波形上升时间能满足标准要求则可以省略。Rs为脉冲电流注入源的内阻，IEC61000-4-25标准规定为50Ω；MIL-STD-188-125规定为不小于60Ω。
双指数波的上升时间为tr，半波宽度为tw。
tr=2.2L/Rs（1）
tw=0.7RsCm（2）
其中，L为Marx发生器电感；Rs为脉冲电流注入源的内阻；Cm为Marx发生器的等效电容，Marx发生器的每级电容为C，共有n级，Cm=C/n。
Marx发生器的输出端经第二高压电缆17对锐化电容充电，当充电到最大电压时刻时锐化开关导通，由于锐化回路电感极小，因此可以得到更快的上升前沿。如果Marx发生器直接输出波形上升时间能满足标准要求则可以省略锐化回路，即锐化电容断路，锐化开关短路。脉冲电流注入源的内阻Rs（匹配电阻）为无感电阻，为防止被测线路对为脉冲电流注入源的影响，在为脉冲电流注入源的输出端加隔离器21，可以使用气体放电管或电容作为隔离器。双指数脉冲电流经同轴电缆22输出，同轴电缆的特性阻抗等于Rs。
根据IEC标准和美军标要求，根据（1）式和（2）式合理选择电容C和内阻Rs，将Marx发生器和阻抗匹配单元作为模块化结构，在试验过程中整体替换Marx发生器和阻抗匹配单元可以输出多种不同的双指数波形。
图3为本发明用于HEMP传导抗扰试验的脉冲电流注入源交流线（三相）上直接耦合的试验配置示意图。本发明用于HEMP传导抗扰试验的第一脉冲电流注入源1-1通过选择端子1-2直接注入到第一受试设备1-3和第一去耦网络1-4之间的测试电缆上。
图4为本发明用于HEMP传导抗扰试验的脉冲电流注入源电容耦合的试验配置示意图。本发明用于HEMP传导抗扰试验的第二脉冲电流注入源2-1通过第一高压同轴电缆2-2与电容耦合夹2-3相连，电容耦合夹2-3夹住第二受试设备2-4和辅助设备2-5之间的互联信号线，通过电容耦合方式在互联线缆上注入传导脉冲波。试验过程中电容耦合夹2-3放置在第一绝缘支撑物2-6上，第二受试设备2-4放置在第二绝缘支撑物2-7上，根据第二受试设备2-4实际工作状态选择接地线2-8是否接地。参照IEC61000-4-4标准，第一绝缘支撑物2-6和第二绝缘支撑物2-7的高度可选0.1m。
图5为本发明用于HEMP传导抗扰试验的脉冲电流注入源电感耦合的试验配置示意图。本发明用于HEMP传导抗扰试验的第三脉冲电流注入源3-1通过第二高压同轴电缆3-2与电流注入探头3-3相连，电流注入探头3-3卡在第二去耦网络3-4和第三受试设备3-5之间的互联电缆上，通过电感耦合在互联电缆上注入传导脉冲波，监测探头3-6与示波器3-7相连，监测互联电缆上实际注入波形。
本发明的脉冲注入电流源可以输入IEC61000-4-25和MIL-STD-188-125两个标准多种双指数波形，输出电压可调，可以用于直接电流注入、电容耦合夹和电流环注入，以便于利用一台脉冲电流注入源实现不同标准的高空核电磁脉冲传导抗扰度试验，通用性强，使用方便。

Claims (7)

1.一种用于HEMP传导抗扰度试验的脉冲电流注入源，其特征在于：包括高压充电电源（1）、Marx发生器（2）、阻抗匹配模块（3）和控制器（4），所述高压充电电源（1）的输出端与所述Marx发生器（2）的输入端连接，高压充电电源（1）用于为所述Marx发生器（2）提供高压充电电源，所述Marx发生器（2）的输出端与所述阻抗匹配模块（3）的输入端连接，Marx发生器（2）输出双指数波，经阻抗匹配模块（3）整形和阻抗匹配后输出正负极性可选并符合标准要求的双指数脉冲电流波形，Marx发生器（2）整体作为一个单元模块，更换整个单元模块实现不同的波形输出，所述控制器（4）的控制输出端分别与高压充电电源（1）的控制端以及Marx发生器（2）的控制端连接，用于控制充电过程和触发Marx发生器（2）放电过程。
2.如权利要求1所述的用于HEMP传导抗扰度试验的脉冲电流注入源，其特征在于：所述高压充电电源（1）包括调压变压器（5）、高压试验变压器（6）、第一高压整流模块（7）和第二高压整流模块（8），调压变压器（5）的初级线圈的输入端接电源，调压变压器（5）次级线圈的输出端接高压试验变压器（6）的初级线圈，高压试验变压器（6）将输入的电源进行二次升压后，得到几十kV的交流电，高压试验变压器（6）的一个输出端接地，另一个输出端分别接第一高压整流模块（7）和第二高压整流模块（8），第一高压整流模块（7）的输出端为正极性的脉冲直流信号，第二高压整流模块（8）的输出端为负极性的脉冲直流信号，所述控制器（4）用于调节高压试验变压器（6）的输出电压。
3.如权利要求2所述的用于HEMP传导抗扰度试验的脉冲电流注入源，其特征在于：所述第一高压整流模块（7）的输出端设有第一高压接线端子（9），所述第二高压整流模块（8）的输出端设有第二高压接线端子（10），Marx发生器（2）的输入端通过第一高压电缆（12）与所述第一高压接线端子（9）或第二高压接线端子（10）连接。
4.如权利要求1所述的用于HEMP传导抗扰度试验的脉冲电流注入源，其特征在于：所述阻抗匹配模块（3）包括匹配电阻（20），所述匹配电阻（20）的一端为所述阻抗匹配模块（3）的输入端，所述匹配电阻（20）的另一端为所述阻抗匹配模块（3）的输出端。
5.如权利要求4所述的用于HEMP传导抗扰度试验的脉冲电流注入源，其特征在于：所述匹配模块还包括锐化开关（19）和锐化电容（18），所述锐化开关（19）串联在所述匹配模块的输入端上，所述锐化电容（18）的一端与所述匹配模块的输入端连接，另一端接地；
Marx发生器的输出端经第二高压电缆（17）对锐化电容（18）充电，当充电到最大电压时刻时锐化开关（19）导通，由于锐化回路电感极小，因此可以得到更快的上升前沿；如果Marx发生器（2）直接输出波形上升时间能满足标准要求则可以省略锐化回路，即锐化电容（18）断路，锐化开关（18）短路。
6.如权利要求4所述的用于HEMP传导抗扰度试验的脉冲电流注入源，其特征在于：所述匹配模块还包括隔离器（21），所述隔离器串联在所述匹配模块的输出端，所述隔离器的输出端为所述电源注入源的输出端（22）。
7.如权利要求1所述的用于HEMP传导抗扰度试验的脉冲电流注入源，其特征在于：所述控制器（4）包括调压控制模块（23）和触发控制模块（24）。
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