CN206038763U - 冲击电流的测试装置 - Google Patents

Abstract

一种冲击电流的测试装置，包括：微处理器；交流过零检测单元，用于获得交流电的过零时间点，提供过零信号给该微处理器；以及继电器控制单元，包括连接在交流输入与交流输出之间的继电器，用于控制交流输出的接通/断开；其中，该微处理器通过该过零信号，经由该继电器控制单元控制继电器动作，使得交流输出的接通时间点恰好在交流电输入电压处于最高峰时刻，以达到最好的电流冲击效果。本实用新型能够准确地在交流电电压最大值处，将高压加到待测试设备，进行冲击电流测试。

Description

冲击电流的测试装置

技术领域

本实用新型涉及电子产品的测试装置，尤其是电子产品所用电源的测试装置。

背景技术

在电路学中，给负载通电的一瞬间，通常会产生大电流，这就是冲击电流。这个现象主要体现在容性负载中，例如：电容，在上电一瞬间是相当于短路的，瞬间电流理论上是无限大的。一般的电子电路设计时都使用大容量的电解电容作为电源输入滤波。在上电的瞬间，滤波电容要充电，所以就会产生很大的电流，等充电完毕，才能进入正常的工作电流范围。

由于上电瞬间的电容电流冲击回路中存在一定的阻抗，冲击电流的大小会达到10安培左右的级别，这个电流对于电子产品所用电源的危害是巨大的。会对交流电整流回路中的所有通流器件产生冲击，如：二极管、电感、MOS管等等，能够直接损害电源的耐压性能。

常规的抑制冲击电流的方法包括：增加限流电阻，增加软启动电路，增加变频启动电路，以及增加降压启动电路等，以解决上电瞬间的冲击电流问题。但是，即使增加了这些方法，为了确保其安全性能，仍然需要针对电子产品所用电源的冲击电流做大量的测试。

电子产品所用电源的冲击电流的产生主要是由于电源整流回路使用了高压电解电容，电解电容在上电的瞬间，由于其两端的电压不能突变，其相当于短路的状态。在接入交流电的瞬间，由于电解电容处于短路的状态，将会在电解电容回路中产生巨大的冲击电流。要经过若干个交流电周期（对于50HZ的市电而言，周期为20毫秒），待到电解电容充满电荷后，整流回路中的电流才能进入到正常状态。正常状态的电流大小取决于电源的负载。

具体而言，上电瞬间作用于电解电容冲击电流的大小，是随着时间的推移而依次减小的。也就是说，上电瞬间的第一个交流电冲击半波产生的冲击电流最大，第二个交流电冲击半波产生的冲击电流次之，后来的冲击半波产生的冲击电流依次减小，直至电解电容充满电，到达正常的工作电流。

电解电容的冲击电流产生的源头是交流电变化的电压U，上电瞬间的冲击回路中存在的阻抗R，产生的冲击电流大小为I，根据欧姆定律I=U/R，可知：冲击电流I的大小取决于交流电变化的电压U。交流电的电压为正弦波，交流电的电压的绝对值在t=π/2和t=3π/2时刻，达到最大值Um；在t=π和t=2π时刻，达到最小值0。结合欧姆定律可知，在t=π/2和t=3π/2 时刻，对充电回路产生的冲击电流达到最大值。

综上，在测量电子产品用电源的冲击电流大小时，需要在交流电的电压达到最大值时，将交流电加到冲击回路中，以产生最大的电流冲击。以50Hz的市电为例，为了捕获到交流电最大电压值，测试人员需要借助示波器的高压探头，反复重复多次的上电，对交流整流回路进行冲击。且每次上电冲击之后，还需要掉电一定的时间，等待电解电容内的电荷释放完毕，以达到下次上电的最大电流冲击。可见，现有的冲击电流的测试过程繁琐，耗时较长，且不容易捕捉到交流电压的最大冲击。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服上述现有技术所存在的不足，而提出一种冲击电流的测试装置，能够准确地在交流电电压最大值处，将高压加到待测试设备，进行冲击电流测试。

本实用新型针对上述技术问题提出一种冲击电流的测试装置，包括：微处理器；交流过零检测单元，用于获得交流电的过零时间点，提供过零信号给该微处理器；以及继电器控制单元，包括连接在交流输入与交流输出之间的继电器，用于控制交流输出的接通/断开；其中，该微处理器通过该过零信号，经由该继电器控制单元控制继电器动作，使得交流输出的接通时间点恰好在交流电输入电压处于最高峰时刻，以达到最好的电流冲击效果。

在一些实施例中，该交流过零检测单元包括交流输入过零检测子单元，用于获得交流输入的过零时间点。

在一些实施例中，该交流过零检测单元还包括交流输出过零检测子单元，用于获得交流输出的过零时间点。

在一些实施例中，该交流过零检测单元包括光耦和限流分压电阻串联结构。

在一些实施例中，该继电器选用双线圈非磁保持继电器。

在一些实施例中，该继电器控制单元还包括与该继电器相配合的继电器驱动，该继电器驱动包括两组达林顿管，分别驱动该双线圈非磁保持继电器的两个线圈。

在一些实施例中，该继电器能够承受440V交流电的电压冲击，并能够提供至少20A的电流冲击。

在一些实施例中，还包括：交流至直流转换单元，用于根据交流输入为该测试装置提供两个直流电源，这两个直流电源之一用于供给该继电器、之另一用于供给该微处理器。

与现有技术相比，本实用新型的冲击电流的测试装置，通过交流过零检测单元获得交流电的过零时间点，集合继电器拉/合闸的动作时间，通过微处理器经由继电器控制单元控制继电器动作，使得继电器接通交流电到待测试设备的时间点恰好在交流电电压处于最高峰时刻，以达到最好的电流冲击效果，提高测试效率。

附图说明

图1是本实用新型的冲击电流的测试装置实施例的框图示意。

图2是本实用新型实施例中交流输入过零检测单元的电路示意。

图3是本实用新型实施例中继电器驱动的电路示意。

图4是本实用新型实施例中微处理器的软件流程示意。

其中，附图标记说明如下:10 冲击电流的测试装置 1 交流输入单元 2 交流至直流转换单元 3交流过零检测单元 4 微处理器 5 继电器控制单元 31交流输入过零检测子单元 32 交流输出过零检测子单元。

具体实施方式

以下结合本说明书的附图，对本实用新型的较佳实施例予以进一步地详尽阐述。

参见图1，图1是本实用新型的冲击电流的测试装置实施例的框图示意。本实用新型提出一种冲击电流的测试装置10，其包括：交流输入单元1，交流至直流转换单元2，交流过零检测单元3，微处理器4以及继电器控制单元5。其中，该交流过零检测单元3包括：交流输入过零检测子单元31，用于检测交流输入ACin得到过零信号；以及交流输出过零检测子单元32，用于检测交流输出ACout得到过零信号

该交流输入单元1用于从外部获得交流输入ACin。可以理解的是，该交流输入单元1包括交流电插头和诸如保险管之类的保护元件。该交流电插头能够插置到一电力插座上而获得交流输入ACin。

该交流至直流转换单元2用于实现对整个测试装置10的供电。该交流至直流转换单元2选用反激隔离的开关电源。考虑到：如前文所述，交流电电压越高，在冲击回路中产生的冲击电流将会越大。因此，设计该交流至直流转换单元2的电压范围是85Vac至440Vac，可以直接接入三相交流电的相和相之间的电压；交流电经整流滤波之后输入高频电源变压器，经过PWM开关芯片。

高频电源变压器的次级侧可以提供+16V直流电源和+5V直流电源。+16V直流输出经过由稳压器和光耦构成的反馈回路控制PWM开关芯片，达到稳定的直流输出。+16V直流电源可用于继电器的控制电源，继电器的电源要求范围是12-18V，100ms的脉宽驱动时间。+5V直流电源可用于给微处理器6等供电。

考虑到：交流电电压的波形为正弦波。在时间t-电压U坐标上，电压U随着时间t变化而变化：在t=0时刻，电压U为零，根据正弦波的轨迹，在t=π/2时刻，电压U升到正向峰值；然后，在t=π时刻，电压U下降到零点；再继续，在t=3π/2时刻，电压U下降到负向峰值；然后，t=2π时刻，电压U再上升至零点；然后，继续下一个循环。其中，这个正弦波到零点的时候就是过零点。以50HZ市电为例，交流电周期是20ms，由此可知，交流电电压在过零点时电压最小，在过零点后1/4个交流电周期之后，也就是在交流电过零点5ms之后，将达到最大值。

参见图2，图2是本实用新型实施例中交流输入过零检测单元的电路示意。该交流输入过零检测子单元31包括光耦和限流分压电阻串联结构，用于得到过零信号，为该微处理器4提供交流输入ACin的过零点时刻。图2所示电路所生成的过零信号为方波。正向过零，与方波的上升沿相对应；负向过零，与方波的下降沿相对应。微处理器4可以捕捉该过零信号的上升沿和下降沿，继而可以根据时间要求，经由该继电器控制单元5控制继电器导通，以相应地输出交流电的正向峰值电压或负向峰值电压。参见图2，交流输入ACin处于过零点附近时刻，光耦的初级不发光，光耦的次级截止，晶体管Q6截止，因此过零信号为高电平。当通过过零点以后时刻，光耦的初级发光，光耦的次级导通，晶体管Q6导通，过零信号为低电平。过零信号从高到低的跳变，或者，从低到高的跳变，即为交流电的过零时间点。

该微处理器4选用型号为STM32F103VET6的芯片实现。该微处理器4完成的工作包含：A、捕获交流电输入过零点。B、结合输入交流电过零时间点和继电器合闸动作时间，进行继电器合闸动作。C、捕获输出的交流电过零点，反馈输出交流电的过零状态，确定是否在交流电的峰值电压处进行合闸动作。D、支持手动按键合闸，控制交流电接通和关断。E、支持自动设置拉合闸，自动控制交流电接通和关断；适用于电子产品用电源反复的高压冲击电流测试，确保产品安全性能。F、支持自动拉合闸，进行继电器寿命测试。

该继电器控制单元5完成的工作是根据该微处理器4发出的指示，完成继电器的合闸或拉闸动作，以达到接通或切断交流电的目的。可以理解的是，该继电器控制单元5包括继电器和继电器驱动。考虑到：接通或切断交流电的继电器需要承受440V交流电的电压冲击，能够提供至少20A（大于电子产品用电源的冲击电流）电流冲击。在本实施例中，选用双线圈非磁保持继电器，这种继电器不需要消耗电源能量同时提供稳定的状态（接通或切断）。具体而言，双线圈非磁保持继电器的工作原理是继电器的驱动线圈是由两个绕制方向相反的线圈绕制，使用同一个公共端接到+16V直流电源，两个绕制方向相反的线圈不同时导通。其中一个线圈导通时，控制继电器合闸；与该线圈相反方向绕制的另一个线圈导通时，控制继电器拉闸。

参见图3，图3是本实用新型实施例中继电器驱动的电路示意。连接器J4的三个端子分别与继电器的三个端口相连。继电器的两个线圈的导通由两组达林顿管Q1-Q2、Q3-Q4进行驱动控制。控制信号由微处理器6按照继电器的规格要求进行输出，具体有：控制信号RLY_ON给出100ms的高电平，晶体管Q1导通，晶体管Q2导通，驱动电流流过晶体管Q2，继电器合闸；类似地，控制信号RLY_OFF给出100ms的高电平，晶体管Q3导通，晶体管Q4导通，驱动电流流过晶体管Q4，继电器拉闸。

回参图1，继电器合闸时，交流电的输出ACout接通；继电器拉闸时，交流电的输出ACout断开。继电器的输出端可以与待测试设备（例如：电子产品用电源）相连，以进行冲击电流测试。

该交流输出过零检测子单元32的结构与前述的交流输入过零检测子单元31的结构类似。对交流输出ACout进行过零检测的理由在于：微处理器4通过捕获交流输出ACout的过零信号，作为反馈，可以确保准确地控制继电器接通交流电的动作是产生于交流电的峰值电压处。具体而言，当微处理器4控制继电器在交流电峰值电压接通交流电之后，交流电会从继电器输出，对待测试设备进行大电流冲击。继电器接通交流电5ms后，微处理器4捕捉到输出端第一个过零信号时，如若存在误差，微处理器4可以根据提前或延迟程度，进行继电器控制时间的校准。

参见图4，图4是本实用新型实施例中微处理器的软件流程示意。该冲击电流的测试装置10的工作过程大致包括以下步骤：

S401、等待交流输入的过零信号到来，并延时第一设定时间。

S402、微处理器给出合闸命令。

S403、继电器响应合闸命令，令交流电输出。

S404、检测交流输出的过零信号，并将其反馈给微处理器。

该冲击电流的测试装置10能够实现的功能包括：准确地控制交流电压峰值输出；能够手动控制继电器接通或切断交流电输出；能够自动控制继电器接通或切断交流电输出。

与现有技术相比，本实用新型的冲击电流的测试装置，通过交流过零检测单元3获得交流电的过零时间点，集合继电器拉/合闸的动作时间，通过微处理器4经由继电器控制单元5控制继电器动作，使得继电器接通交流电到待测试设备的时间点恰好在交流电电压处于最高峰时刻，以达到最好的电流冲击效果，提高测试效率。

上述内容仅为本实用新型的较佳实施例，并非用于限制本实用新型的实施方案，本领域普通技术人员根据本实用新型的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本实用新型的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种冲击电流的测试装置，其特征在于，包括：微处理器；交流过零检测单元，用于获得交流电的过零时间点，提供过零信号给该微处理器；以及继电器控制单元，包括连接在交流输入与交流输出之间的继电器，用于控制交流输出的接通/断开；其中，该微处理器通过该过零信号，经由该继电器控制单元控制继电器动作，使得交流输出的接通时间点恰好在交流电输入电压处于最高峰时刻，以达到最好的电流冲击效果。

2.依据权利要求1所述的冲击电流的测试装置，其特征在于，该交流过零检测单元包括交流输入过零检测子单元，用于获得交流输入的过零时间点。

3.依据权利要求2所述的冲击电流的测试装置，其特征在于，该交流过零检测单元还包括交流输出过零检测子单元，用于获得交流输出的过零时间点。

4.依据权利要求1所述的冲击电流的测试装置，其特征在于，该交流过零检测单元包括光耦和限流分压电阻串联结构。

5.依据权利要求1所述的冲击电流的测试装置，其特征在于，该继电器选用双线圈非磁保持继电器。

6.依据权利要求5所述的冲击电流的测试装置，其特征在于，该继电器控制单元还包括与该继电器相配合的继电器驱动，该继电器驱动包括两组达林顿管，分别驱动该双线圈非磁保持继电器的两个线圈。

7.依据权利要求5所述的冲击电流的测试装置，其特征在于，该继电器能够承受440V交流电的电压冲击，并能够提供至少20A的电流冲击。

8.依据权利要求1至7任一项所述的冲击电流的测试装置，其特征在于，还包括：交流至直流转换单元，用于根据交流输入为该测试装置提供两个直流电源，这两个直流电源之一用于供给该继电器、之另一用于供给该微处理器。