CN112924801B - 电压分段可调式电爆炸箔伏安特性测试装置及充放电方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冲击片雷管电爆炸箔伏安特性测试装置，具体是一种电压分段可调式电爆炸箔伏安特性测试装置及充放电方法。本发明解决了传统的冲击片雷管电爆炸箔伏安特性测试装置无法实现小型化、使用经济性差、适用范围受限的问题。电压分段可调式电爆炸箔伏安特性测试装置，包括第一主电路、第二主电路、第一控制电路、第二控制电路、双路信号发生器；所述第一主电路包括第一变压器、第一场效应管、第二场效应管、第一栅极驱动器、第二栅极驱动器、第一二极管、第一至第五电容、第一至第八电阻；第一变压器为反激变压器；第五电容为高压电容；第五电阻为可调电阻。本发明适用于电爆炸箔的电爆性能试验。

Description

电压分段可调式电爆炸箔伏安特性测试装置及充放电方法

技术领域

本发明涉及冲击片雷管电爆炸箔伏安特性测试装置，具体是一种电压分段可调式电爆炸箔伏安特性测试装置及充放电方法。

背景技术

电爆炸箔是冲击片雷管的关键部件，其电爆性能的好坏直接关系到冲击片雷管的可靠性和安全性。在进行电爆炸箔的电爆性能试验时，需要采用伏安特性测试装置进行充放电（先对高压电容进行充电，再控制高压电容对电爆炸箔进行放电），由此使得电爆炸箔起爆。传统的伏安特性测试装置主要包括两种：第一种伏安特性测试装置先采用高压直流电源对高压电容进行充电，再采用高压空气开关控制高压电容对电爆炸箔进行放电。此种装置由于采用了体积庞大且成本高昂的高压直流电源和高压空气开关，导致无法实现小型化，且使用经济性差。第二种伏安特性测试装置先采用脉冲变压器对高压电容进行充电，再采用场效应管控制高压电容对电爆炸箔进行放电。此种装置一方面无法调节充放电电压，导致充放电电压无法匹配不同起爆电压的电爆炸箔，另一方面受限于场效应管的耐压值和导通内阻，导致充放电电压的上限值较低（当场效应管的耐压值大于1700V时，场效应管的导通内阻远远大于电爆炸箔的内阻，由此导致场效应管分压过大，从而导致电爆炸箔无法起爆。因此，充放电电压的上限值仅为1700V），由此导致适用范围受限。基于此，有必要发明一种电压分段可调式电爆炸箔伏安特性测试装置及充放电方法，以解决传统的冲击片雷管电爆炸箔伏安特性测试装置无法实现小型化、使用经济性差、适用范围受限的问题。

发明内容

本发明为了解决传统的冲击片雷管电爆炸箔伏安特性测试装置无法实现小型化、使用经济性差、适用范围受限的问题，提供了一种电压分段可调式电爆炸箔伏安特性测试装置及充放电方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：

电压分段可调式电爆炸箔伏安特性测试装置，包括第一主电路、第二主电路、第一控制电路、第二控制电路、双路信号发生器；

所述第一主电路包括第一变压器、第一场效应管、第二场效应管、第一栅极驱动器、第二栅极驱动器、第一二极管、第一至第五电容、第一至第八电阻；

第一变压器为反激变压器；第五电容为高压电容；第五电阻为可调电阻；

第一变压器的原边线圈的首端一方面与12V电源端连接，另一方面通过由第一至第三电容并接而成的并联支路接地；第一变压器的原边线圈的末端与第一场效应管的漏极连接；第一场效应管的源极接地；第一电阻的一端作为第一充电触发端，另一端与第一栅极驱动器的输入端连接；第一栅极驱动器的输出端一方面通过第二电阻与第一场效应管的栅极连接，另一方面依次通过第二电阻、第三电阻接地；第一栅极驱动器的供电端和使能端均与12V电源端连接；第一栅极驱动器的公共端接地；

第一变压器的副边线圈的首端接地；第一变压器的副边线圈的末端与第一二极管的阳极连接；第一二极管的阴极一方面作为第一正测试端，另一方面通过第五电容接地；第四电阻的一端与第一二极管的阴极连接，另一端作为第一反馈端；第一反馈端通过由第四电容和第五电阻并接而成的并联支路接地；

第二场效应管的漏极作为第一负测试端；第二场效应管的源极接地；第六电阻的一端作为第一放电触发端，另一端与第二栅极驱动器的输入端连接；第二栅极驱动器的输出端一方面通过第七电阻与第二场效应管的栅极连接，另一方面依次通过第七电阻、第八电阻接地；第二栅极驱动器的供电端和使能端均与12V电源端连接；第二栅极驱动器的公共端接地；

所述第二主电路包括第二变压器、第三变压器、第三场效应管、第四场效应管、第三栅极驱动器、第四栅极驱动器、三电极充气高压开关、第二至第四二极管、第六至第十五电容、第九至第十八电阻；

第二变压器为反激变压器；第三变压器为脉冲变压器；第十一电容为高压电容；第十三电阻为可调电阻；

第二变压器的原边线圈的首端一方面与12V电源端连接，另一方面通过由第六电容和第七电容并接而成的并联支路接地；第二变压器的原边线圈的末端与第三场效应管的漏极连接；第三场效应管的源极接地；第九电阻的一端作为第二充电触发端，另一端与第三栅极驱动器的输入端连接；第三栅极驱动器的输出端一方面通过第十电阻与第三场效应管的栅极连接，另一方面依次通过第十电阻、第十一电阻接地；第三栅极驱动器的供电端和使能端均一方面与12V电源端连接，另一方面通过由第八电容和第九电容并接而成的并联支路接地；第三栅极驱动器的公共端接地；

第二变压器的副边线圈的首端接地；第二变压器的副边线圈的末端与第二二极管的阳极连接；第二二极管的阴极一方面与三电极充气高压开关的相邻电极连接，另一方面通过第十一电容接地；三电极充气高压开关的触发电极作为第二正测试端；第十二电阻的一端与第二二极管的阴极连接，另一端作为第二反馈端；第二反馈端通过由第十电容和第十三电阻并接而成的并联支路接地；第四二极管的阴极与第二二极管的阴极连接；第四二极管的阳极接地；

第二变压器的副边线圈的中间抽头与第三二极管的阳极连接；第三二极管的阴极一方面依次通过第十五电容、第三变压器的原边线圈接地，另一方面依次通过第十五电容、第十八电阻与第四场效应管的漏极连接；第三变压器的副边线圈的首端一方面作为第二负测试端，另一方面接地；第三变压器的副边线圈的末端与三电极充气高压开关的相对电极连接；第四场效应管的源极接地；第十四电阻的一端作为第二放电触发端，另一端与第四栅极驱动器的输入端连接；由第十四电容和第十五电阻并接而成的并联支路一端与第四栅极驱动器的输入端连接，另一端接地；第四栅极驱动器的输出端一方面通过第十六电阻与第四场效应管的栅极连接，另一方面依次通过第十六电阻、第十七电阻接地；第四栅极驱动器的供电端和使能端均一方面与12V电源端连接，另一方面通过由第十二电容和第十三电容并接而成的并联支路接地；第四栅极驱动器的公共端接地；

所述第一控制电路包括第一电压比较器、第一与门、第一电感、第十六至第十八电容、第十九至第二十三电阻；

第一电压比较器的负输入端一方面通过第一电感与第一反馈端连接，另一方面通过第十六电容接地；第一电压比较器的正输入端一方面通过第十九电阻与5V电源端连接，另一方面通过由第二十电阻和第十七电容并接而成的并联支路接地；第一电压比较器的输出端一方面与第一与门的第一输入端连接，另一方面通过第二十一电阻与5V电源端连接；第一电压比较器的供电端与5V电源端连接；第一电压比较器的公共端接地；第一与门的第二输入端一方面作为第一信号端，另一方面通过第二十二电阻与5V电源端连接；第一与门的输出端一方面与第一充电触发端连接，另一方面通过第二十三电阻接地；第一与门的供电端一方面与5V电源端连接，另一方面通过第十八电容接地；第一与门的公共端接地；

所述第二控制电路包括第二电压比较器、第二与门、第二电感、第十九至第二十一电容、第二十四至第二十八电阻；

第二电压比较器的负输入端一方面通过第二电感与第二反馈端连接，另一方面通过第十九电容接地；第二电压比较器的正输入端一方面通过第二十四电阻与5V电源端连接，另一方面通过由第二十五电阻和第二十电容并接而成的并联支路接地；第二电压比较器的输出端一方面与第二与门的第一输入端连接，另一方面通过第二十六电阻与5V电源端连接；第二电压比较器的供电端与5V电源端连接；第二电压比较器的公共端接地；第二与门的第二输入端一方面作为第二信号端，另一方面通过第二十七电阻与5V电源端连接；第二与门的输出端一方面与第二充电触发端连接，另一方面通过第二十八电阻接地；第二与门的供电端一方面与5V电源端连接，另一方面通过第二十一电容接地；第二与门的公共端接地；

双路信号发生器的两个输出端分别与第一信号端、第二信号端连接。

电压分段可调式电爆炸箔充放电方法（该方法是基于本发明所述的电压分段可调式电爆炸箔伏安特性测试装置实现的），该方法是采用如下步骤实现的：

若电爆炸箔的起爆电压较低，则将电爆炸箔的一端与第一正测试端连接，另一端与第一负测试端连接；

若电爆炸箔的起爆电压较高，则将电爆炸箔的一端与第二正测试端连接，另一端与第二负测试端连接；

充电过程如下：

一、若电爆炸箔的起爆电压较低，则双路信号发生器输出第一路PWM信号，该路PWM信号依次经第一与门、第一电阻、第一栅极驱动器、第二电阻施加至第一场效应管的栅极，由此使得第一场效应管间歇性导通；此时，第一变压器开始工作，由此通过第一二极管对第五电容进行快速充电，充电时间＜0.5s；在充电过程中，第一反馈端的电压逐渐升高，第一电压比较器实时比较第一反馈端的电压和设定电压；当第一反馈端的电压达到设定电压时，第一电压比较器的输出为零，由此使得第一与门的输出为零，从而使得第一场效应管截止；此时，第一变压器停止工作，由此停止充电；通过定频调节第一路PWM信号的占空比，或者定占空比调节第一路PWM信号的频率，或者同时调节第一路PWM信号的频率和占空比，可以在0V~1700V范围内连续调节充放电电压；

二、若电爆炸箔的起爆电压较高，则双路信号发生器输出第二路PWM信号，该路PWM信号依次经第二与门、第九电阻、第三栅极驱动器、第十电阻施加至第三场效应管的栅极，由此使得第三场效应管间歇性导通；此时，第二变压器开始工作，由此通过第二二极管对第十一电容进行快速充电，充电时间＜0.5s；在充电过程中，第二反馈端的电压逐渐升高，第二电压比较器实时比较第二反馈端的电压和设定电压；当第二反馈端的电压达到设定电压时，第二电压比较器的输出为零，由此使得第二与门的输出为零，从而使得第三场效应管截止；此时，第二变压器停止工作，由此停止充电；通过定频调节第二路PWM信号的占空比，或者定占空比调节第二路PWM信号的频率，或者同时调节第二路PWM信号的频率和占空比，可以在1400V~3000V范围内连续调节充放电电压；

放电过程如下：

一、若电爆炸箔的起爆电压较低，则向第一放电触发端施加高电平信号，高电平信号依次经第六电阻、第二栅极驱动器、第七电阻施加至第二场效应管的栅极，由此使得第二场效应管导通；此时，第五电容对电爆炸箔进行快速放电，放电时间＜10μs；

二、若电爆炸箔的起爆电压较高，则向第二放电触发端施加高电平信号，高电平信号依次经第十四电阻、第四栅极驱动器、第十六电阻施加至第四场效应管的栅极，由此使得第四场效应管导通；此时，第三变压器开始工作，三电极充气高压开关的相邻电极和触发电极导通，第十一电容对电爆炸箔进行快速放电，放电时间＜10μs。

基于上述过程，与传统的冲击片雷管电爆炸箔伏安特性测试装置相比，本发明所述的电压分段可调式电爆炸箔伏安特性测试装置及充放电方法先采用反激变压器对高压电容进行充电，再采用场效应管和三电极充气高压开关控制高压电容对电爆炸箔进行放电，由此具备了如下优点：其一，与第一种伏安特性测试装置相比，本发明不再采用体积庞大且成本高昂的高压直流电源和高压空气开关，而是采用体积小巧且成本低廉的反激变压器、场效应管、三电极充气高压开关，由此实现了小型化，且使用经济性更高。其二，与第二种伏安特性测试装置相比，本发明一方面通过调节PWM信号实现了分段连续调节充放电电压，使得充放电电压能够匹配不同起爆电压的电爆炸箔，另一方面通过采用三电极充气高压开关，大幅提高了充放电电压的上限值（三电极充气高压开关的导通内阻远小于电爆炸箔的内阻，因此三电极充气高压开关导通压降几乎为零，能够保证电爆炸箔起爆。因此，充放电电压的上限值可达3000V），由此使得适用范围不再受限。

本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了传统的冲击片雷管电爆炸箔伏安特性测试装置无法实现小型化、使用经济性差、适用范围受限的问题，适用于电爆炸箔的电爆性能试验。

附图说明

图1是本发明中第一主电路的原理图。

图2是本发明中第二主电路的原理图。

图3是本发明中第一控制电路的原理图。

图4是本发明中第二控制电路的原理图。

图5是本发明中电源转换电路的原理图。

具体实施方式

电压分段可调式电爆炸箔伏安特性测试装置，包括第一主电路、第二主电路、第一控制电路、第二控制电路、双路信号发生器；

所述第一主电路包括第一变压器T1、第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第一栅极驱动器U1、第二栅极驱动器U2、第一二极管D1、第一至第五电容C1~C5、第一至第八电阻R1~R8；

第一变压器T1为反激变压器；第五电容C5为高压电容；第五电阻R5为可调电阻；

第一变压器T1的原边线圈的首端一方面与12V电源端连接，另一方面通过由第一至第三电容C1~C3并接而成的并联支路接地；第一变压器T1的原边线圈的末端与第一场效应管Q1的漏极连接；第一场效应管Q1的源极接地；第一电阻R1的一端作为第一充电触发端CD1，另一端与第一栅极驱动器U1的输入端连接；第一栅极驱动器U1的输出端一方面通过第二电阻R2与第一场效应管Q1的栅极连接，另一方面依次通过第二电阻R2、第三电阻R3接地；第一栅极驱动器U1的供电端和使能端均与12V电源端连接；第一栅极驱动器U1的公共端接地；

第一变压器T1的副边线圈的首端接地；第一变压器T1的副边线圈的末端与第一二极管D1的阳极连接；第一二极管D1的阴极一方面作为第一正测试端ZCS1，另一方面通过第五电容C5接地；第四电阻R4的一端与第一二极管D1的阴极连接，另一端作为第一反馈端FK1；第一反馈端FK1通过由第四电容C4和第五电阻R5并接而成的并联支路接地；

第二场效应管Q2的漏极作为第一负测试端FCS1；第二场效应管Q2的源极接地；第六电阻R6的一端作为第一放电触发端FD1，另一端与第二栅极驱动器U2的输入端连接；第二栅极驱动器U2的输出端一方面通过第七电阻R7与第二场效应管Q2的栅极连接，另一方面依次通过第七电阻R7、第八电阻R8接地；第二栅极驱动器U2的供电端和使能端均与12V电源端连接；第二栅极驱动器U2的公共端接地；

所述第二主电路包括第二变压器T2、第三变压器T3、第三场效应管Q3、第四场效应管Q4、第三栅极驱动器U3、第四栅极驱动器U4、三电极充气高压开关S、第二至第四二极管D2~D4、第六至第十五电容C6~C15、第九至第十八电阻R9~R18；

第二变压器T2为反激变压器；第三变压器T3为脉冲变压器；第十一电容C11为高压电容；第十三电阻R13为可调电阻；

第二变压器T2的原边线圈的首端一方面与12V电源端连接，另一方面通过由第六电容C6和第七电容C7并接而成的并联支路接地；第二变压器T2的原边线圈的末端与第三场效应管Q3的漏极连接；第三场效应管Q3的源极接地；第九电阻R9的一端作为第二充电触发端CD2，另一端与第三栅极驱动器U3的输入端连接；第三栅极驱动器U3的输出端一方面通过第十电阻R10与第三场效应管Q3的栅极连接，另一方面依次通过第十电阻R10、第十一电阻R11接地；第三栅极驱动器U3的供电端和使能端均一方面与12V电源端连接，另一方面通过由第八电容C8和第九电容C9并接而成的并联支路接地；第三栅极驱动器U3的公共端接地；

第二变压器T2的副边线圈的首端接地；第二变压器T2的副边线圈的末端与第二二极管D2的阳极连接；第二二极管D2的阴极一方面与三电极充气高压开关S的相邻电极连接，另一方面通过第十一电容C11接地；三电极充气高压开关S的触发电极作为第二正测试端ZCS2；第十二电阻R12的一端与第二二极管D2的阴极连接，另一端作为第二反馈端FK2；第二反馈端FK2通过由第十电容C10和第十三电阻R13并接而成的并联支路接地；第四二极管D4的阴极与第二二极管D2的阴极连接；第四二极管D4的阳极接地；

第二变压器T2的副边线圈的中间抽头与第三二极管D3的阳极连接；第三二极管D3的阴极一方面依次通过第十五电容C15、第三变压器T3的原边线圈接地，另一方面依次通过第十五电容C15、第十八电阻R18与第四场效应管Q4的漏极连接；第三变压器T3的副边线圈的首端一方面作为第二负测试端FCS2，另一方面接地；第三变压器T3的副边线圈的末端与三电极充气高压开关S的相对电极连接；第四场效应管Q4的源极接地；第十四电阻R14的一端作为第二放电触发端FD2，另一端与第四栅极驱动器U4的输入端连接；由第十四电容C14和第十五电阻R15并接而成的并联支路一端与第四栅极驱动器U4的输入端连接，另一端接地；第四栅极驱动器U4的输出端一方面通过第十六电阻R16与第四场效应管Q4的栅极连接，另一方面依次通过第十六电阻R16、第十七电阻R17接地；第四栅极驱动器U4的供电端和使能端均一方面与12V电源端连接，另一方面通过由第十二电容C12和第十三电容C13并接而成的并联支路接地；第四栅极驱动器U4的公共端接地；

所述第一控制电路包括第一电压比较器H1、第一与门Y1、第一电感L1、第十六至第十八电容C16~C18、第十九至第二十三电阻R19~R23；

第一电压比较器H1的负输入端一方面通过第一电感L1与第一反馈端FK1连接，另一方面通过第十六电容C16接地；第一电压比较器H1的正输入端一方面通过第十九电阻R19与5V电源端连接，另一方面通过由第二十电阻R20和第十七电容C17并接而成的并联支路接地；第一电压比较器H1的输出端一方面与第一与门Y1的第一输入端连接，另一方面通过第二十一电阻R21与5V电源端连接；第一电压比较器H1的供电端与5V电源端连接；第一电压比较器H1的公共端接地；第一与门Y1的第二输入端一方面作为第一信号端XH1，另一方面通过第二十二电阻R22与5V电源端连接；第一与门Y1的输出端一方面与第一充电触发端CD1连接，另一方面通过第二十三电阻R23接地；第一与门Y1的供电端一方面与5V电源端连接，另一方面通过第十八电容C18接地；第一与门Y1的公共端接地；

所述第二控制电路包括第二电压比较器H2、第二与门Y2、第二电感L2、第十九至第二十一电容C19~C21、第二十四至第二十八电阻R24~R28；

第二电压比较器H2的负输入端一方面通过第二电感L2与第二反馈端FK2连接，另一方面通过第十九电容C19接地；第二电压比较器H2的正输入端一方面通过第二十四电阻R24与5V电源端连接，另一方面通过由第二十五电阻R25和第二十电容C20并接而成的并联支路接地；第二电压比较器H2的输出端一方面与第二与门Y2的第一输入端连接，另一方面通过第二十六电阻R26与5V电源端连接；第二电压比较器H2的供电端与5V电源端连接；第二电压比较器H2的公共端接地；第二与门Y2的第二输入端一方面作为第二信号端XH2，另一方面通过第二十七电阻R27与5V电源端连接；第二与门Y2的输出端一方面与第二充电触发端CD2连接，另一方面通过第二十八电阻R28接地；第二与门Y2的供电端一方面与5V电源端连接，另一方面通过第二十一电容C21接地；第二与门Y2的公共端接地；

双路信号发生器的两个输出端分别与第一信号端XH1、第二信号端XH2连接。

还包括电源转换电路；所述电源转换电路包括线性稳压器N、第二十二至第二十五电容C22~C25；线性稳压器N的输入端和使能端均一方面与12V电源端连接，另一方面通过由第二十二电容C22和第二十三电容C23并接而成的并联支路接地；线性稳压器N的输出端一方面作为5V电源端，另一方面通过由第二十四电容C24和第二十五电容C25并接而成的并联支路接地；线性稳压器N的公共端接地。

所述第一变压器T1的匝数比、第二变压器T2的匝数比均为20：400；所述第三变压器T3的匝数比为35：630。

所述第一场效应管Q1为IRFP250MPBF型场效应管；所述第二场效应管Q2为G3R20MT17K型场效应管；所述第三场效应管Q3为IRFP250MPBF型场效应管；所述第四场效应管Q4为IRF740型场效应管；所述第一至第四栅极驱动器U1~U4均为MCP1416T-E/OT型栅极驱动器；所述三电极充气高压开关S为SYC21型三电极充气高压开关；所述第一至第三二极管D1~D3均为R3000F型二极管；所述第四二极管D4为1N6519型二极管；所述第一电压比较器H1、第二电压比较器H2均为LM293D型电压比较器；所述第一与门Y1、第二与门Y2均为74HC1G08型与门。

所述第一至第三电容C1~C3的电容量、第六电容C6的电容量、第八电容C8的电容量、第十二电容C12的电容量均为10nF；所述第四电容C4的电容量、第十六电容C16的电容量、第十九电容C19的电容量均为10nF；所述第五电容C5的电容量、第十一电容C11的电容量均为0.1μF/0.2μF；所述第七电容C7的电容量、第九电容C9的电容量、第十电容C10的电容量、第十三至第十五电容C13~C15的电容量均为0.01μF；所述第十七电容C17的电容量、第二十电容C20的电容量均为0.1μF；所述第十八电容C18的电容量、第二十一电容C21的电容量均为10μF；所述第一电阻R1的阻值、第六电阻R6的阻值均为5KΩ；所述第二电阻R2的阻值、第七电阻R7的阻值、第十电阻R10的阻值、第十六电阻R16的阻值均为100Ω；所述第三电阻R3的阻值、第八电阻R8的阻值、第十一电阻R11的阻值、第十七电阻R17的阻值均为100KΩ；所述第四电阻R4的阻值、第十二电阻R12的阻值、第十八电阻R18的阻值均为100MΩ；所述第五电阻R5的阻值、第十三电阻R13的阻值均为1MΩ；所述第九电阻R9的阻值、第十四电阻R14的阻值均为200Ω；所述第十五电阻R15的阻值、第十九电阻R19的阻值、第二十电阻R20的阻值、第二十三至第二十五电阻R23~R25的阻值、第二十八电阻R28的阻值均为3KΩ；所述第二十一电阻R21的阻值、第二十二电阻R22的阻值、第二十六电阻R26的阻值、第二十七电阻R27的阻值均为10KΩ；所述第一电感L1的电感量、第二电感L2的电感量均为0.1μH。

所述线性稳压器N为XC6701B502型线性稳压器。

所述第二十二至第二十五电容C22~C25的电容量均为0.1μF。

电压分段可调式电爆炸箔充放电方法（该方法是基于本发明所述的电压分段可调式电爆炸箔伏安特性测试装置实现的），该方法是采用如下步骤实现的：

若电爆炸箔的起爆电压较低，则将电爆炸箔的一端与第一正测试端ZCS1连接，另一端与第一负测试端FCS1连接；

若电爆炸箔的起爆电压较高，则将电爆炸箔的一端与第二正测试端ZCS2连接，另一端与第二负测试端FCS2连接；

充电过程如下：

一、若电爆炸箔的起爆电压较低，则双路信号发生器输出第一路PWM信号，该路PWM信号依次经第一与门Y1、第一电阻R1、第一栅极驱动器U1、第二电阻R2施加至第一场效应管Q1的栅极，由此使得第一场效应管Q1间歇性导通；此时，第一变压器T1开始工作，由此通过第一二极管D1对第五电容C5进行快速充电，充电时间＜0.5s；在充电过程中，第一反馈端FK1的电压逐渐升高，第一电压比较器H1实时比较第一反馈端FK1的电压和设定电压；当第一反馈端FK1的电压达到设定电压时，第一电压比较器H1的输出为零，由此使得第一与门Y1的输出为零，从而使得第一场效应管Q1截止；此时，第一变压器T1停止工作，由此停止充电；通过定频调节第一路PWM信号的占空比，或者定占空比调节第一路PWM信号的频率，或者同时调节第一路PWM信号的频率和占空比，可以在0V~1700V范围内连续调节充放电电压；

二、若电爆炸箔的起爆电压较高，则双路信号发生器输出第二路PWM信号，该路PWM信号依次经第二与门Y2、第九电阻R9、第三栅极驱动器U3、第十电阻R10施加至第三场效应管Q3的栅极，由此使得第三场效应管Q3间歇性导通；此时，第二变压器T2开始工作，由此通过第二二极管D2对第十一电容C11进行快速充电，充电时间＜0.5s；在充电过程中，第二反馈端FK2的电压逐渐升高，第二电压比较器H2实时比较第二反馈端FK2的电压和设定电压；当第二反馈端FK2的电压达到设定电压时，第二电压比较器H2的输出为零，由此使得第二与门Y2的输出为零，从而使得第三场效应管Q3截止；此时，第二变压器T2停止工作，由此停止充电；通过定频调节第二路PWM信号的占空比，或者定占空比调节第二路PWM信号的频率，或者同时调节第二路PWM信号的频率和占空比，可以在1400V~3000V范围内连续调节充放电电压；

放电过程如下：

一、若电爆炸箔的起爆电压较低，则向第一放电触发端FD1施加高电平信号，高电平信号依次经第六电阻R6、第二栅极驱动器U2、第七电阻R7施加至第二场效应管Q2的栅极，由此使得第二场效应管Q2导通；此时，第五电容C5对电爆炸箔进行快速放电，放电时间＜10μs；

二、若电爆炸箔的起爆电压较高，则向第二放电触发端FD2施加高电平信号，高电平信号依次经第十四电阻R14、第四栅极驱动器U4、第十六电阻R16施加至第四场效应管Q4的栅极，由此使得第四场效应管Q4导通；此时，第三变压器T3开始工作，三电极充气高压开关S的相邻电极和触发电极导通，第十一电容C11对电爆炸箔进行快速放电，放电时间＜10μs。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电压分段可调式电爆炸箔伏安特性测试装置，其特征在于：包括第一主电路、第二主电路、第一控制电路、第二控制电路、双路信号发生器；

所述第一主电路包括第一变压器（T1）、第一场效应管（Q1）、第二场效应管（Q2）、第一栅极驱动器（U1）、第二栅极驱动器（U2）、第一二极管（D1）、第一至第五电容（C1~C5）、第一至第八电阻（R1~R8）；

第一变压器（T1）为反激变压器；第五电容（C5）为高压电容；第五电阻（R5）为可调电阻；

第一变压器（T1）的原边线圈的首端一方面与12V电源端连接，另一方面通过由第一至第三电容（C1~C3）并接而成的并联支路接地；第一变压器（T1）的原边线圈的末端与第一场效应管（Q1）的漏极连接；第一场效应管（Q1）的源极接地；第一电阻（R1）的一端作为第一充电触发端（CD1），另一端与第一栅极驱动器（U1）的输入端连接；第一栅极驱动器（U1）的输出端一方面通过第二电阻（R2）与第一场效应管（Q1）的栅极连接，另一方面依次通过第二电阻（R2）、第三电阻（R3）接地；第一栅极驱动器（U1）的供电端和使能端均与12V电源端连接；第一栅极驱动器（U1）的公共端接地；

第一变压器（T1）的副边线圈的首端接地；第一变压器（T1）的副边线圈的末端与第一二极管（D1）的阳极连接；第一二极管（D1）的阴极一方面作为第一正测试端（ZCS1），另一方面通过第五电容（C5）接地；第四电阻（R4）的一端与第一二极管（D1）的阴极连接，另一端作为第一反馈端（FK1）；第一反馈端（FK1）通过由第四电容（C4）和第五电阻（R5）并接而成的并联支路接地；

第二场效应管（Q2）的漏极作为第一负测试端（FCS1）；第二场效应管（Q2）的源极接地；第六电阻（R6）的一端作为第一放电触发端（FD1），另一端与第二栅极驱动器（U2）的输入端连接；第二栅极驱动器（U2）的输出端一方面通过第七电阻（R7）与第二场效应管（Q2）的栅极连接，另一方面依次通过第七电阻（R7）、第八电阻（R8）接地；第二栅极驱动器（U2）的供电端和使能端均与12V电源端连接；第二栅极驱动器（U2）的公共端接地；

所述第二主电路包括第二变压器（T2）、第三变压器（T3）、第三场效应管（Q3）、第四场效应管（Q4）、第三栅极驱动器（U3）、第四栅极驱动器（U4）、三电极充气高压开关（S）、第二至第四二极管（D2~D4）、第六至第十五电容（C6~C15）、第九至第十八电阻（R9~R18）；

第二变压器（T2）为反激变压器；第三变压器（T3）为脉冲变压器；第十一电容（C11）为高压电容；第十三电阻（R13）为可调电阻；

第二变压器（T2）的原边线圈的首端一方面与12V电源端连接，另一方面通过由第六电容（C6）和第七电容（C7）并接而成的并联支路接地；第二变压器（T2）的原边线圈的末端与第三场效应管（Q3）的漏极连接；第三场效应管（Q3）的源极接地；第九电阻（R9）的一端作为第二充电触发端（CD2），另一端与第三栅极驱动器（U3）的输入端连接；第三栅极驱动器（U3）的输出端一方面通过第十电阻（R10）与第三场效应管（Q3）的栅极连接，另一方面依次通过第十电阻（R10）、第十一电阻（R11）接地；第三栅极驱动器（U3）的供电端和使能端均一方面与12V电源端连接，另一方面通过由第八电容（C8）和第九电容（C9）并接而成的并联支路接地；第三栅极驱动器（U3）的公共端接地；

第二变压器（T2）的副边线圈的首端接地；第二变压器（T2）的副边线圈的末端与第二二极管（D2）的阳极连接；第二二极管（D2）的阴极一方面与三电极充气高压开关（S）的相邻电极连接，另一方面通过第十一电容（C11）接地；三电极充气高压开关（S）的触发电极作为第二正测试端（ZCS2）；第十二电阻（R12）的一端与第二二极管（D2）的阴极连接，另一端作为第二反馈端（FK2）；第二反馈端（FK2）通过由第十电容（C10）和第十三电阻（R13）并接而成的并联支路接地；第四二极管（D4）的阴极与第二二极管（D2）的阴极连接；第四二极管（D4）的阳极接地；

第二变压器（T2）的副边线圈的中间抽头与第三二极管（D3）的阳极连接；第三二极管（D3）的阴极一方面依次通过第十五电容（C15）、第三变压器（T3）的原边线圈接地，另一方面依次通过第十五电容（C15）、第十八电阻（R18）与第四场效应管（Q4）的漏极连接；第三变压器（T3）的副边线圈的首端一方面作为第二负测试端（FCS2），另一方面接地；第三变压器（T3）的副边线圈的末端与三电极充气高压开关（S）的相对电极连接；第四场效应管（Q4）的源极接地；第十四电阻（R14）的一端作为第二放电触发端（FD2），另一端与第四栅极驱动器（U4）的输入端连接；由第十四电容（C14）和第十五电阻（R15）并接而成的并联支路一端与第四栅极驱动器（U4）的输入端连接，另一端接地；第四栅极驱动器（U4）的输出端一方面通过第十六电阻（R16）与第四场效应管（Q4）的栅极连接，另一方面依次通过第十六电阻（R16）、第十七电阻（R17）接地；第四栅极驱动器（U4）的供电端和使能端均一方面与12V电源端连接，另一方面通过由第十二电容（C12）和第十三电容（C13）并接而成的并联支路接地；第四栅极驱动器（U4）的公共端接地；

所述第一控制电路包括第一电压比较器（H1）、第一与门（Y1）、第一电感（L1）、第十六至第十八电容（C16~C18）、第十九至第二十三电阻（R19~R23）；

第一电压比较器（H1）的负输入端一方面通过第一电感（L1）与第一反馈端（FK1）连接，另一方面通过第十六电容（C16）接地；第一电压比较器（H1）的正输入端一方面通过第十九电阻（R19）与5V电源端连接，另一方面通过由第二十电阻（R20）和第十七电容（C17）并接而成的并联支路接地；第一电压比较器（H1）的输出端一方面与第一与门（Y1）的第一输入端连接，另一方面通过第二十一电阻（R21）与5V电源端连接；第一电压比较器（H1）的供电端与5V电源端连接；第一电压比较器（H1）的公共端接地；第一与门（Y1）的第二输入端一方面作为第一信号端（XH1），另一方面通过第二十二电阻（R22）与5V电源端连接；第一与门（Y1）的输出端一方面与第一充电触发端（CD1）连接，另一方面通过第二十三电阻（R23）接地；第一与门（Y1）的供电端一方面与5V电源端连接，另一方面通过第十八电容（C18）接地；第一与门（Y1）的公共端接地；

所述第二控制电路包括第二电压比较器（H2）、第二与门（Y2）、第二电感（L2）、第十九至第二十一电容（C19~C21）、第二十四至第二十八电阻（R24~R28）；

第二电压比较器（H2）的负输入端一方面通过第二电感（L2）与第二反馈端（FK2）连接，另一方面通过第十九电容（C19）接地；第二电压比较器（H2）的正输入端一方面通过第二十四电阻（R24）与5V电源端连接，另一方面通过由第二十五电阻（R25）和第二十电容（C20）并接而成的并联支路接地；第二电压比较器（H2）的输出端一方面与第二与门（Y2）的第一输入端连接，另一方面通过第二十六电阻（R26）与5V电源端连接；第二电压比较器（H2）的供电端与5V电源端连接；第二电压比较器（H2）的公共端接地；第二与门（Y2）的第二输入端一方面作为第二信号端（XH2），另一方面通过第二十七电阻（R27）与5V电源端连接；第二与门（Y2）的输出端一方面与第二充电触发端（CD2）连接，另一方面通过第二十八电阻（R28）接地；第二与门（Y2）的供电端一方面与5V电源端连接，另一方面通过第二十一电容（C21）接地；第二与门（Y2）的公共端接地；

双路信号发生器的两个输出端分别与第一信号端（XH1）、第二信号端（XH2）连接。

2.根据权利要求1所述的电压分段可调式电爆炸箔伏安特性测试装置，其特征在于：还包括电源转换电路；所述电源转换电路包括线性稳压器（N）、第二十二至第二十五电容（C22~C25）；线性稳压器（N）的输入端和使能端均一方面与12V电源端连接，另一方面通过由第二十二电容（C22）和第二十三电容（C23）并接而成的并联支路接地；线性稳压器（N）的输出端一方面作为5V电源端，另一方面通过由第二十四电容（C24）和第二十五电容（C25）并接而成的并联支路接地；线性稳压器（N）的公共端接地。

3.根据权利要求1所述的电压分段可调式电爆炸箔伏安特性测试装置，其特征在于：所述第一变压器（T1）的匝数比、第二变压器（T2）的匝数比均为20：400；所述第三变压器（T3）的匝数比为35：630。

4.根据权利要求1所述的电压分段可调式电爆炸箔伏安特性测试装置，其特征在于：所述第一场效应管（Q1）为IRFP250MPBF型场效应管；所述第二场效应管（Q2）为G3R20MT17K型场效应管；所述第三场效应管（Q3）为IRFP250MPBF型场效应管；所述第四场效应管（Q4）为IRF740型场效应管；所述第一至第四栅极驱动器（U1~U4）均为MCP1416T-E/OT型栅极驱动器；所述三电极充气高压开关（S）为SYC21型三电极充气高压开关；所述第一至第三二极管（D1~D3）均为R3000F型二极管；所述第四二极管（D4）为1N6519型二极管；所述第一电压比较器（H1）、第二电压比较器（H2）均为LM293D型电压比较器；所述第一与门（Y1）、第二与门（Y2）均为74HC1G08型与门。

5.根据权利要求1所述的电压分段可调式电爆炸箔伏安特性测试装置，其特征在于：所述第一至第三电容（C1~C3）的电容量、第六电容（C6）的电容量、第八电容（C8）的电容量、第十二电容（C12）的电容量均为10nF；所述第四电容（C4）的电容量、第十六电容（C16）的电容量、第十九电容（C19）的电容量均为10nF；所述第五电容（C5）的电容量、第十一电容（C11）的电容量均为0.1μF/0.2μF；所述第七电容（C7）的电容量、第九电容（C9）的电容量、第十电容（C10）的电容量、第十三至第十五电容（C13~C15）的电容量均为0.01μF；所述第十七电容（C17）的电容量、第二十电容（C20）的电容量均为0.1μF；所述第十八电容（C18）的电容量、第二十一电容（C21）的电容量均为10μF；所述第一电阻（R1）的阻值、第六电阻（R6）的阻值均为5KΩ；所述第二电阻（R2）的阻值、第七电阻（R7）的阻值、第十电阻（R10）的阻值、第十六电阻（R16）的阻值均为100Ω；所述第三电阻（R3）的阻值、第八电阻（R8）的阻值、第十一电阻（R11）的阻值、第十七电阻（R17）的阻值均为100KΩ；所述第四电阻（R4）的阻值、第十二电阻（R12）的阻值、第十八电阻（R18）的阻值均为100MΩ；所述第五电阻（R5）的阻值、第十三电阻（R13）的阻值均为1MΩ；所述第九电阻（R9）的阻值、第十四电阻（R14）的阻值均为200Ω；所述第十五电阻（R15）的阻值、第十九电阻（R19）的阻值、第二十电阻（R20）的阻值、第二十三至第二十五电阻（R23~R25）的阻值、第二十八电阻（R28）的阻值均为3KΩ；所述第二十一电阻（R21）的阻值、第二十二电阻（R22）的阻值、第二十六电阻（R26）的阻值、第二十七电阻（R27）的阻值均为10KΩ；所述第一电感（L1）的电感量、第二电感（L2）的电感量均为0.1μH。

6.根据权利要求2所述的电压分段可调式电爆炸箔伏安特性测试装置，其特征在于：所述线性稳压器（N）为XC6701B502型线性稳压器。

7.根据权利要求2所述的电压分段可调式电爆炸箔伏安特性测试装置，其特征在于：所述第二十二至第二十五电容（C22~C25）的电容量均为0.1μF。

8.一种电压分段可调式电爆炸箔充放电方法，该方法是基于如权利要求1所述的电压分段可调式电爆炸箔伏安特性测试装置实现的，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：

若电爆炸箔的起爆电压较低，则将电爆炸箔的一端与第一正测试端（ZCS1）连接，另一端与第一负测试端（FCS1）连接；

若电爆炸箔的起爆电压较高，则将电爆炸箔的一端与第二正测试端（ZCS2）连接，另一端与第二负测试端（FCS2）连接；

充电过程如下：

一、若电爆炸箔的起爆电压较低，则双路信号发生器输出第一路PWM信号，该路PWM信号依次经第一与门（Y1）、第一电阻（R1）、第一栅极驱动器（U1）、第二电阻（R2）施加至第一场效应管（Q1）的栅极，由此使得第一场效应管（Q1）间歇性导通；此时，第一变压器（T1）开始工作，由此通过第一二极管（D1）对第五电容（C5）进行快速充电，充电时间＜0.5s；在充电过程中，第一反馈端（FK1）的电压逐渐升高，第一电压比较器（H1）实时比较第一反馈端（FK1）的电压和设定电压；当第一反馈端（FK1）的电压达到设定电压时，第一电压比较器（H1）的输出为零，由此使得第一与门（Y1）的输出为零，从而使得第一场效应管（Q1）截止；此时，第一变压器（T1）停止工作，由此停止充电；通过定频调节第一路PWM信号的占空比，或者定占空比调节第一路PWM信号的频率，或者同时调节第一路PWM信号的频率和占空比，可以在0V~1700V范围内连续调节充放电电压；

二、若电爆炸箔的起爆电压较高，则双路信号发生器输出第二路PWM信号，该路PWM信号依次经第二与门（Y2）、第九电阻（R9）、第三栅极驱动器（U3）、第十电阻（R10）施加至第三场效应管（Q3）的栅极，由此使得第三场效应管（Q3）间歇性导通；此时，第二变压器（T2）开始工作，由此通过第二二极管（D2）对第十一电容（C11）进行快速充电，充电时间＜0.5s；在充电过程中，第二反馈端（FK2）的电压逐渐升高，第二电压比较器（H2）实时比较第二反馈端（FK2）的电压和设定电压；当第二反馈端（FK2）的电压达到设定电压时，第二电压比较器（H2）的输出为零，由此使得第二与门（Y2）的输出为零，从而使得第三场效应管（Q3）截止；此时，第二变压器（T2）停止工作，由此停止充电；通过定频调节第二路PWM信号的占空比，或者定占空比调节第二路PWM信号的频率，或者同时调节第二路PWM信号的频率和占空比，可以在1400V~3000V范围内连续调节充放电电压；

放电过程如下：

一、若电爆炸箔的起爆电压较低，则向第一放电触发端（FD1）施加高电平信号，高电平信号依次经第六电阻（R6）、第二栅极驱动器（U2）、第七电阻（R7）施加至第二场效应管（Q2）的栅极，由此使得第二场效应管（Q2）导通；此时，第五电容（C5）对电爆炸箔进行快速放电，放电时间＜10μs；

二、若电爆炸箔的起爆电压较高，则向第二放电触发端（FD2）施加高电平信号，高电平信号依次经第十四电阻（R14）、第四栅极驱动器（U4）、第十六电阻（R16）施加至第四场效应管（Q4）的栅极，由此使得第四场效应管（Q4）导通；此时，第三变压器（T3）开始工作，三电极充气高压开关（S）的相邻电极和触发电极导通，第十一电容（C11）对电爆炸箔进行快速放电，放电时间＜10μs。

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