CN109342788A - 一种方波电压源 - Google Patents

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刘少波
涂琛
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Abstract

本发明公开了一种方波电压源，包括直流充电回路和放电回路，直流充电回路包括直流电压源和充电保护电阻，放电回路包括储能电容、放电开关和阻尼电阻，直流电压源和充电保护电阻串联后与储能电容相并联，放电开关和阻尼电阻串联后与储能电容相并联，放电开关的触发端子与信号发生器相连，信号发生器用于发出触发信号以触发所述放电开关，信号发生器输出的触发信号的脉冲宽度和脉冲重复频率可调，所述储能电容的输出端在放电开关对地短路放电后形成下降沿方波电压输出。本发明能够缩短输出电压的上升时间，便于调整输出电压波形频率及脉宽，使得输出的方波电压的平顶宽度部分不受限，调整方便，利于拓宽方波电压源的适用范围。

Description

一种方波电压源
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种方波电压源。
背景技术
冲击耐压试验为电力系统设备出厂试验的常规项目，为保证冲击耐压试验中试验电压的准确可靠，需要对冲击电压测量用分压器进行各项性能参数校核，以保证其特性满足相关要求。目前可采用直接比对法对冲击电压测量用分压器的幅值及时间参数的刻度因数进行评估以分析分压器的动态特性，且为了更好地保证分压器测量的准确性，还可采用方波响应试验评估分压器的动态特性，例如分压器的暂态特性、分压器可不带额外振荡测量最陡波形的陡度上限、分压器在测量雷电波形时自身是否会额外叠加振荡到原波形中、分压器所引入的时间测量误差及幅值测量误差等。方波电压源是方波响应试验的重要设备，现有的方波电压源的上升时间通常大于5ns，若上升时间＜5ns时则不能保证波形过冲小于规定值，其过长的上升时间不利于评价标准分压器的响应特性；另外当方波电压源输出波形为上升沿时，所输出的方波电压波形平顶部分的宽度受限于方波电压源中储能电容的大小，不便于调整，适用范围较小，对于准确评估分压器的参数特性有一定的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种方波电压源，能够缩短输出电压的上升时间，保证输出的方波电压波形平顶部分的宽度不受储能电容的大小限制，便于调整输出电压波形频率及脉宽，调整方便，利于拓宽方波电压源的适用范围。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：
一种方波电压源，包括直流充电回路和放电回路，所述直流充电回路包括直流电压源和充电保护电阻，所述放电回路包括储能电容、放电开关和阻尼电阻，所述直流电压源和充电保护电阻串联后与所述储能电容相并联，所述放电开关和阻尼电阻串联后与所述储能电容相并联，所述放电开关的触发端子与信号发生器相连，所述信号发生器用于发出触发信号以触发所述放电开关，所述信号发生器输出的触发信号的脉冲宽度和脉冲重复频率可调，所述储能电容的输出端在放电开关对地短路放电后形成下降沿方波电压输出。
所述直流放电开关采用MOS管开关。
所述放电回路布置于印刷电路板上。
所述印刷电路板置于金属屏蔽盒中。
所述储能电容的输出端连接有匹配电阻。
所述储能电容采用聚丙烯膜电容器。
本发明具有以下有益效果：本发明的方波电压源结构紧凑，输出的电压幅值高，上升时间短，输出下降沿方波电压，有效保证了输出的方波电压波形不受储能电容的大小限制，并且输出的电压波形频率及脉宽可调，调整方便，拓宽了方波电压源的适用范围。
附图说明
图1是本发明的方波电压源电气原理示意图；
图2是本发明的方波电压源的PCB板的结构示意图；
图中：1、充电端子，2、输出端子。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，DC表示直流电压源，R1表示充电保护电阻，Q1表示放电开关，RD表示阻尼电阻，C表示储能电容，Rout表示匹配电阻，Uout表示输出电压，Load表示待测分压器或待测示波器。
本实施例公开了一种方波电压源，包括直流充电回路和放电回路，直流充电回路包括直流电压源DC和充电保护电阻R1，放电回路包括储能电容C、放电开关Q1和阻尼电阻RD，直流电压源DC和充电保护电阻R1串联后与储能电容C相并联，放电开关Q1和阻尼电阻RD串联后与储能电容C相并联，储能电容C的输出端用于与待测分压器(或待测示波器)相连，也即储能电容C的输出端构成上述方波电压源的输出端；
放电开关Q1的触发端子与信号发生器并联，信号发生器用于输出触发信号以触发放电开关Q1，信号发生器输出的触发信号的脉冲宽度和脉冲重复频率可调，以通过改变信号发生器输出的触发信号的脉冲宽度及脉冲重复频率来实现方波电压源输出的方波电压信号的脉冲频率及脉冲宽度的调整，该调整可使得方波电压源可以满足多种方波响应试验场合。
信号发生器采用脉冲信号发生器。
放电开关Q1采用MOS管开关，也即金属—氧化物—半导体场效应晶体管(metaloxide semiconductor)，动作安全可靠，保证了开关的动作速度，可满足方波电压波形上升沿为5ns的要求，并通过合理匹配储能电容C及阻尼电阻RD的值，可以保证方波电压源输出波形过冲满足标准要求。另外MOS管开关的体积小，采用固体绝缘，即能保证绝缘性能，也不会对环境造成污染、动作迅速，寿命长。
方波电压源的输出形式为通过放电开关Q1对地短路放电，形成下降沿方波电压(储能电容C的输出端在放电开关Q1对地短路放电后，输出下降沿方波电压)，方波电压波形为从某一电压值降到零电压，波形的平顶部分为零电平，平顶部分电压极为稳定，实现了输出的方波电压信号在下降后的平整度及平顶脉宽不受回路储能电容大小的限制，从而保证分压器稳定时间的计算准确性。
其中，充电保护电阻R1的设置利于限制充电时的电流大小及充电速度；阻尼电阻RD的设置利于调节波形，保证波形下降沿时间短且方波电压波形过冲小。
储能电容C的输出端(方波电压源的输出端)通过输出电缆与待测分压器(或待测示波器)相连。
其中，方波电压源的输出电缆长度应尽可能短，方波电压源回路的输出电缆长度与放电回路的阻尼电阻RD的电阻值准确匹配后可更好地保证输出波形的特性，增加输出电缆长度会影响所输出方波电压波形的陡度，延长所输出方波电压波形的上升时间。
在其中一个实施方式中，如图2所示，放电回路布置于印刷电路板(PCB板)上，以使得放电回路的布置更加紧凑，从而降低回路电感，缩短方波电压输出波形的上升时间。
在其中一个实施方式中，印刷电路板置于金属屏蔽盒中。可以理解的，金属屏蔽盒上设置有充电端子1、输出端子2及接地端子，充电端子1用于外接直流电压源DC，使直流电压源DC通过充电端子1接入放电回路；放电电路的储能电容C的输出端通过输出端子2外接待测分压器(或待测示波器)，放电开关Q1通过接地端子进行接地。
在其中一个实施方式中，储能电容C的输出端通过匹配电阻Rout和待测分压器(或待测示波器)相连，也即放电回路的输出端连接有匹配电阻Rout。在方波电压源的输出回路布置匹配电阻Rout是为了防止方波电压源输出波形的折反射，从而保证经输出电缆至待测分压器(或待测示波器)后所输出的方波电压波形不发生畸变。匹配电阻Rout的大小根据方波电压源回路整体电阻计算确定，匹配电阻Rout的值约为40欧姆。
在其中一个实施方式中，储能电容C采用聚丙烯膜电容器，其自身电感极小。
在其中一个实施方式中，在放电回路中，电路的布置为多个连接的“∏”字型，使得电流的流向正好是平行相反，有利于减小回路的电感。
可以理解地，放电回路中的放电电阻及放电电容需要与储能电容C的参数进行匹配，从而更好地保证方波电压源的输出时间短且波形过冲小。
本实施例的方波电压源，能够产生最高幅值为1000V，上升时间为5ns级的下降沿方波。
本实施例的方波电压源的使用方法为：将方波电压源的放电回路的充电端子1与直流电压源DC相连，将放电回路的输出端子2与待测分压器(或待测示波器)相连；再根据待测分压器(或待测示波器)的额定电压、分压比和电阻电容等参数值确定方波响应试验所需的电压幅值及方波电压脉宽；根据目标试验电压，打开直流电压源DC的电源按钮，调节直流电压源DC以设置充电电压，从而确定电压幅值，此时放电开关Q1断开，直流电压源DC对储能电容C充电；再在PC机中设置信号发生器输出的触发信号的脉冲宽度和重复频率，以保证方波电压源输出方波电压值达到预计宽度和频率，然后通过信号发生器向放电开关Q1发送触发信号，放电开关Q1闭合，并通过对地短路放电，此时储能电容C泄压，输出下降沿方波电压，之后即可利用该电压对待测分压器(或待测示波器)的特性进行测量和分析。
本实施例的方波电压源输出的电压幅值高，上升时间短，并通过放电开关Q1对地短路放电而使得其输出波形为下降沿，形成下降沿方波电压，从而保证了输出的方波电压波形在下降后的平整度及脉宽不受储能电容的大小限制，并且放电开关Q1的触发信号由信号发生器提供，通过改变信号发生器输出触发信号的宽度及重复频率可灵活方便的实现方波电压源输出方波电压波形的频率及脉宽的调整，拓宽了方波电压源的适用范围，使其适用于多种使用场合下的冲击分压器动态特性试验。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (6)

1.一种方波电压源，其特征是，包括直流充电回路和放电回路，所述直流充电回路包括直流电压源和充电保护电阻，所述放电回路包括储能电容、放电开关和阻尼电阻，所述直流电压源和充电保护电阻串联后与所述储能电容相并联，所述放电开关和阻尼电阻串联后与所述储能电容相并联，所述放电开关的触发端子与信号发生器相连，所述信号发生器用于发出触发信号以触发所述放电开关，所述信号发生器输出的触发信号的脉冲宽度和脉冲重复频率可调，所述储能电容的输出端在放电开关对地短路放电后形成下降沿方波电压输出。
2.如权利要求1所述方波电压源，其特征是，所述直流放电开关采用MOS管开关。
3.如权利要求1所述的方波电压源，其特征是，所述放电回路布置于印刷电路板上。
4.如权利要求3所述的方波电压源，其特征是，所述印刷电路板置于金属屏蔽盒中。
5.如权利要求1所述的方波电压源，其特征是，所述储能电容的输出端连接有匹配电阻。
6.如权利要求1所述的方波电压源，其特征是，所述储能电容采用聚丙烯膜电容器。
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