CN209182431U - 一种绝缘工器具耐压测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种绝缘工器具耐压测试仪，通过设置boot变换器，可以实现电压在0～220V范围内连续可调，可以进行初步升压变换，降低后级变换器升压的难度，提高升压的准确性；通过设置半桥变换器，可以将boot变换器输出的电压进行二次升压变换，并实现在0～3000V之间连续可调，同时改善电源高压输出低电流时的电压可控性和纹波系数；通过采用PWM专用集成芯片可以产生PWM脉冲信号，PID调节器调节PWM脉冲信号的脉冲宽度，进而调整前级变换器输出的电压，实现调整电流和功率的目的；通过采用集A/D转换功能于一体的DSP芯片，可以简化电路结构，提高精确度。

Description

一种绝缘工器具耐压测试仪

技术领域

本实用新型涉及电气产品检测领域，尤其涉及一种绝缘工器具耐压测试仪。

背景技术

电器在长期工作中，不仅要承受额定工作电压的作用，还要承受操作过程中引起短时间的高于额定工作电压的过电压作用(过电压值可能会高于额定工作电压值的好几倍)。在这些电压的作用下，电气绝缘材料的内部结构将发生变化。当过电压强度达到某一定值时，就会使材料的绝缘击穿，电器将不能正常运行，操作者就可能触电，危及人身安全。电气安全主要测试指标包括交/直流耐压、绝缘电阻、泄漏电流、接地电阻等。交/直流耐压试验用于检验产品在实际工作状态下的电气安全性能，是检验设备电气安全性能的重要指标之一。目前市场上的耐压测试仪多采用的是传统的测试方法，测试精度不高，而且低压段大电流的稳定性差，纹波特性差，因此，现需一种可以提高测量精度、电压稳定性好以及纹波好的绝缘工具耐压测试仪。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种可以提高测量精度、电压稳定性好以及纹波好的绝缘工具耐压测试仪。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种绝缘工器具耐压测试仪，其包括整流滤波分压电路、电压采集电路、电流采集电路，还包括前级变换器、后级变换器、PWM控制电路和DSP；

整流滤波分压电路、前级变换器、后级变换器和被测工器具顺次电性连接， PWM控制电路分别与前级变换器、后级变换器和DSP电性连接，电流采集电路分别与后级变换器和DSP电性连接，电压采集电路分别与后级变换器和DSP 电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，PWM控制电路包括第一变频电路、第二变频电路和比较放大器；

第一变频电路分别与前级变换器和DSP电性连接，第二变频电路分别与后级变换器和DSP电性连接，比较放大器分别与电压采集电路、DSP和第一变频电路电性连接。

进一步优选的，第一变频电路包括：跟随器、PID调节器、第一滤波分压电路、反相放大器、第一SG3525芯片和第一MOSFET驱动电路；

第一滤波分压电路与DSP电性连接，跟随器与电压采集电路电性连接，PID 调节器分别与跟随器、第一滤波分压电路、第一SG3525芯片和比较放大器电性连接，反相放大器和第一MOSFET驱动电路分别与第一SG3525芯片电性连接，第一SG3525芯片与DSP电性连接。

进一步优选的，第二变频电路包括：第二滤波分压电路、跟随放大器、整流电路、滤波电路、第二SG3525和第二MOSFET驱动电路；

第二滤波分压电路、跟随放大器、整流电路、滤波电路、第二SG3525芯片和第二MOSFET驱动电路顺次电性连接，第二滤波分压电路与后级变换器的一次侧电性连接，第二SG3525芯片的10引脚第一SG3525芯片的10引脚电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，前级变换器为boot变换器；

boot变换器包括：电感L2、三极管VT3、二极管VD3和电容C5；

电感L2的一端与整流滤波分压电路电性连接，电感L2的另一端分别与三极管VT3的集电极和二极管VD3的正极电性连接，三极管VT3的发射极分别与整流滤波分压电路和电容C5的负极电性连接，三极管VT3的基极与第一 MOSFET管驱动电路电性连接，电容C5的正极与二极管VD3的负极电性连接。

更进一步优选的，后级变换器为半桥型变换器；

半桥型变换器包括：MOSFET管VT1、MOSFET管VT2、电容C1、电容 C2、电容C3、电容C4、电感L1和三相变压器T1、二极管VD1和二极管VD2；

VT1的栅极和VT2的栅极分别与第二MOSFET管驱动电路电性连接，VT1 的漏极分别与电容C1的正极和电容C5的正极电性连接，VT1的源极分别与VT2 的漏极和三相变压器T1一次侧负极电性连接，VT2的源极分别与电容C2的负极和电容C5的负极电性连接，电容C2的正极分别与电容C1的负极和电容C3 的正极电性连接，电容C3的负极与三相变压器T1一次侧的正极电性连接，三相变压器T1二次侧的正极与二极管VD1的正极电性连接，二极管VD1的负极分别与电感L1的一端和二极管VD2的负极电性连接，二极管VD2的正极与三相变压器T1三次侧的负极电性连接，三相变压器T1三次侧的正极分别与电感 C4的负极和被测工器具的一端电性连接，电感L1的另一端与电容C4的正极和被测工器具的另一端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括光耦隔离器；

光耦隔离器分别与电压采集电路、比较放大电路和DSP电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括报警器和显示器；

报警器和显示器分别与DSP电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，DSP为TMS320F2812A。

本实用新型的一种绝缘工器具耐压测试仪相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过设置boot变换器，可以实现电压在0～220V范围内连续可调，采用并联式结构，可以获得高于输入电压的输出电压，进行初步升压变换，降低后级变换器升压的难度，并提高了升压的准确性；

(2)通过设置半桥变换器，可以将boot变换器输出的电压进行二次升压变换，并可以实现在0～3000V之间连续可调，同时可以改善电源高压输出低电流时的电压可控性和纹波系数；

(3)通过采用PWM专用集成芯片可以产生PWM脉冲信号，根据PID调节器调节功能调节PWM专用集成芯片产生PWM脉冲信号的脉冲宽度，进而调整前级变换器输出的电压，实现调整电流和功率的目的；

(4)通过采用集A/D转换功能与一体的DSP芯片，可以简化电路结构，调高精确度；

(5)整个装置可以提高测量精度、电压稳定性以及纹波特性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的一种绝缘工器具耐压测试仪的结构图；

图2为本实用新型的一种绝缘工器具耐压测试仪boot变换器的电路图；

图3为本实用新型的一种绝缘工器具耐压测试仪半桥型变换器的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的一种绝缘工器具耐压测试仪，其包括整流滤波分压电路、电压采集电路、电流采集电路、前级变换器、后级变换器、PWM控制电路、DSP、光耦隔离器、显示器和报警器。

DSP，对电流采集电路和电压采集电路采集的电流和电压信号进行A/D转换，并调节PWM控制电路输出的PWM脉冲宽度。在本实施例中，DSP采用 TMS320F2812A，TMS320F2812A集A/D转换功能和数字信号处理能力于一体，可以简化电路结构，增加对数字信号的处理。

整流滤波分压电路，对交流电进行整流滤波分压处理。

前级变换器，将整流滤波分压后的电压变换为0～220V可调的直流电，通过在0～220V内调节电压，改变后级变换器输出的电压。在本实施例中，前级变换器采用boot变换器，改善电源高压输出低电流时的电压可控性和纹波系数；如图2所示，其中，boot变换器包括：电感L2、三极管VT3、二极管VD3和电容 C5；具体的，电感L2的一端与整流滤波分压电路电性连接，电感L2的另一端分别与三极管VT3的集电极和二极管VD3的正极电性连接，三极管VT3的发射极分别与整流滤波分压电路和电容C5的负极电性连接，三极管VT3的基极与第一MOSFET管驱动电路电性连接，电容C5的正极与二极管VD3的负极电性连接。

后级变换器，根据前级变换器输出的直流电的电压值，根据线圈的比例将 0～220V的直流电升压为0～3000V可调的直流电。在本实施例中，后级变换器采用半桥型变换器；如图3所示，其中，半桥型变换器包括：MOSFET管VT1、 MOSFET管VT2、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电感L1和三相变压器T1、二极管VD1和二极管VD2；具体的，VT1的栅极和VT2的栅极分别与第二MOSFET管驱动电路电性连接，VT1的漏极分别与电容C1的正极和电容 C5的正极电性连接，VT1的源极分别与VT2的漏极和三相变压器T1一次侧负极电性连接，VT2的源极分别与电容C2的负极和电容C5的负极电性连接，电容C2的正极分别与电容C1的负极和电容C3的正极电性连接，电容C3的负极与三相变压器T1一次侧的正极电性连接，三相变压器T1二次侧的正极与二极管VD1的正极电性连接，二极管VD1的负极分别与电感L1的一端和二极管 VD2的负极电性连接，二极管VD2的正极与三相变压器T1三次侧的负极电性连接，三相变压器T1三次侧的正极分别与电感C4的负极和被测工器具的一端电性连接，电感L1的另一端与电容C4的正极和被测工器具的另一端电性连接。

电压采集电路，对后级变换器输出的电压进行电压采集，并将采集的信号经过滤波处理后输送到DSP与标准值进行比对，同时将采集的电压信号反馈到 PWM控制电路中进行电压反馈测试。

电流采集电路，采集电路中的电流大小，并将采集的电流大小反馈到PWM 电路中进行电流反馈测试。

PWM控制电路，根据电压和电流的反馈值，驱动PWM产生芯片产生相位相反的PWM信号，驱动前级变换器和后级变换器工作，根据多次的电压和电流比对，控制前级变换器和后级变换器产生相应的电压值，知道输出的电压值复合预设值。其中，PWM控制电路包括：第一变频电路、第二变频电路和比较放大器。

其中，第一变频电路，实现PWM调制和变频控制。第一变频电路包括：跟随器、PID调节器、第一滤波分压电路、反相放大器、第一SG3525芯片和第一 MOSFET驱动电路；第一SG3525芯片主要由基准稳压源、振荡器、误差放大器、PWM比较器、锁存器和或非门电路。其中，DSP的控制信号经第一滤波分压电路进行滤波分压处理输送到PID调节器的同向输入端中，电压采集电路反馈的电压经跟随器和电阻电容分压后输送到PID调节器的反向输入端，PID调节器的输出端输出的结果经滤波后输送到第一SG3525芯片，第一SG3525芯片产生相位互补的PWM信号驱动boot变换器。具体的，当反馈电压值高于预设电压值时，PID调节器的输出端输出的电压减小，相应的输出的脉冲宽度占空比减小，则boot变换器输出的电压减小，因半桥型变换器输出的电压跟随boot变换器输出的电压变化，所以，boot变换器输出电压减少，相应的半桥型变换器输出的电压也随之减小，多次比较，直到反馈电压值等于预设电压值时，PID调节器的输出端输出的电压稳定；同理，当反馈电压值低于预设电压值时，PID调节器的输出端输出的电压增大，相应的输出的脉冲宽度占空比增大，则boot变换器输出的电压增大，相应的半桥型变换器输出的电压也随之增大，直至反馈电压值等于预设电压值。其中，反相放大器的输出控制第一SG3525芯片内的恒流源电流，当第一SG3525芯片的误差放大器输出的电压增大时，第一SG3525 芯片的5引脚输出的锯齿波频率变高，PWM脉冲占空比增大，boot变换器输出的电压增大。

具体的，第一滤波分压电路与DSP电性连接，跟随器与电压采集电路电性连接，PID调节器分别与跟随器、第一滤波分压电路、第一SG3525芯片和比较放大器电性连接，反相放大器和第一MOSFET驱动电路分别与第一SG3525芯片电性连接，第一SG3525芯片与DSP电性连接。

另外，第二变频电路，实现PWM调制和变频控制。第二变频电路包括：第二滤波分压电路、跟随放大器、整流电路、滤波电路、第二SG3525和第二 MOSFET驱动电路；第二SG3525芯片与第一SG3525芯片相同。其中电流反馈信号经第二滤波分压电路滤波和分压处理后输送到跟随放大器的同向输入端，跟随器放大器的输出端经过整流电路整流和滤波电路滤波后，输出到第二 SG3525芯片中，控制第二SG3525芯片的5引脚的锯齿波频率发生变化。整流电路输出的电压幅度与半桥型变换器的一侧测电流的幅度成正比关系。半桥变换器的一次侧电流的幅度越小，经整流和滤波后的电压幅度越大，第二SG3525 芯片输出的电流越小，第二SG3525芯片5引脚的锯齿波频率越低。同理，当半桥变换器的一次侧电流的幅度越大，经整流和滤波后的电压幅度越小，第二 SG3525芯片输出的电流越大，第二SG3525芯片5引脚的锯齿波频率越高。

具体的，第二滤波分压电路、跟随放大器、整流电路、滤波电路、第二SG3525 芯片和第二MOSFET驱动电路顺次电性连接，第二滤波分压电路与后级变换器的一次侧电性连接，第二SG3525芯片的10引脚第一SG3525芯片的10引脚电性连接。

显示器，显示选择的电压预设值和被测工器具的电流采样值。

报警器，当检测到被测工器具的电流值超出预设值时，通过LED进行声光报警。

耐压测试的基本原理：把一个高于正常工作的电压加在被测设备的绝缘体上，并持续一段规定的时间，如果其间的绝缘性足够好，加在上面的电压就只会产生很小的漏电流。如果一个被测设备绝缘体在规定的时间内，其漏电电流保持在规定的范围内，就可以确定这个被测设备可以在正常的运行条件下安全运行。

本实用新型的工作原理：工频交流电经整形滤波分压电路整形、滤波和分压后将直流电输送到boot变换器中，boot变换器实现可在0～220V中连续可调， boot变换器输出的电压输送到半桥变换器进行升压和电隔离，实现0～3000V可调，同时改善电源高压输出低电流时的电压可控性和纹波系数，其中，boot变换器通过PID调节器和第一SG3525芯片来控制电压在0～220V之间连续可调，具体为：当反馈电压值高于预设电压值时，PID调节器的输出端输出的电压减小，相应的输出的脉冲宽度占空比减小，则boot变换器输出的电压减小，因半桥型变换器输出的电压跟随boot变换器输出的电压变化，所以，boot变换器输出电压减少，相应的半桥型变换器输出的电压也随之减小，多次比较，直到反馈电压值等于预设电压值时，PID调节器的输出端输出的电压稳定；同理，当反馈电压值低于预设电压值时，PID调节器的输出端输出的电压增大，相应的输出的脉冲宽度占空比增大，则boot变换器输出的电压增大，相应的半桥型变换器输出的电压也随之增大，直至反馈电压值等于预设电压值。另外，半桥变换器的一次侧电流的幅度越小，经整流和滤波后的电压幅度越大，第二SG3525芯片输出的电流越小，第二SG3525芯片5引脚的锯齿波频率越低。同理，当半桥变换器的一次侧电流的幅度越大，经整流和滤波后的电压幅度越小，第二SG3525芯片输出的电流越大，第二SG3525芯片5引脚的锯齿波频率越高，可以改善在小电流工作时的纹波特性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种绝缘工器具耐压测试仪，其包括整流滤波分压电路、电压采集电路、电流采集电路，其特征在于：还包括前级变换器、后级变换器、PWM控制电路和DSP；

所述整流滤波分压电路、前级变换器、后级变换器和被测工器具顺次电性连接，PWM控制电路分别与前级变换器、后级变换器和DSP电性连接，电流采集电路分别与后级变换器和DSP电性连接，电压采集电路分别与后级变换器和DSP电性连接。

2.如权利要求1所述的一种绝缘工器具耐压测试仪，其特征在于：所述PWM控制电路包括第一变频电路、第二变频电路和比较放大器；

所述第一变频电路分别与前级变换器和DSP电性连接，第二变频电路分别与后级变换器和DSP电性连接，比较放大器分别与电压采集电路、DSP和第一变频电路电性连接。

3.如权利要求2所述的一种绝缘工器具耐压测试仪，其特征在于：所述第一变频电路包括：跟随器、PID调节器、第一滤波分压电路、反相放大器、第一SG3525芯片和第一MOSFET驱动电路；

所述第一滤波分压电路与DSP电性连接，跟随器与电压采集电路电性连接，PID调节器分别与跟随器、第一滤波分压电路、第一SG3525芯片和比较放大器电性连接，反相放大器和第一MOSFET驱动电路分别与第一SG3525芯片电性连接，第一SG3525芯片与DSP电性连接。

4.如权利要求3所述的一种绝缘工器具耐压测试仪，其特征在于：所述第二变频电路包括：第二滤波分压电路、跟随放大器、整流电路、滤波电路、第二SG3525和第二MOSFET驱动电路；

所述第二滤波分压电路、跟随放大器、整流电路、滤波电路、第二SG3525芯片和第二MOSFET驱动电路顺次电性连接，第二滤波分压电路与后级变换器的一次侧电性连接，第二SG3525芯片的10引脚第一SG3525芯片的10引脚电性连接。

5.如权利要求1所述的一种绝缘工器具耐压测试仪，其特征在于：所述前级变换器为boot变换器；

所述boot变换器包括：电感L2、三极管VT3、二极管VD3和电容C5；

所述电感L2的一端与整流滤波分压电路电性连接，电感L2的另一端分别与三极管VT3的集电极和二极管VD3的正极电性连接，三极管VT3的发射极分别与整流滤波分压电路和电容C5的负极电性连接，三极管VT3的基极与第一MOSFET管驱动电路电性连接，电容C5的正极与二极管VD3的负极电性连接。

6.如权利要求5所述的一种绝缘工器具耐压测试仪，其特征在于：所述后级变换器为半桥型变换器；

所述半桥型变换器包括：MOSFET管VT1、MOSFET管VT2、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电感L1和三相变压器T1、二极管VD1和二极管VD2；

所述VT1的栅极和VT2的栅极分别与第二MOSFET管驱动电路电性连接，VT1的漏极分别与电容C1的正极和电容C5的正极电性连接，VT1的源极分别与VT2的漏极和三相变压器T1一次侧负极电性连接，VT2的源极分别与电容C2的负极和电容C5的负极电性连接，电容C2的正极分别与电容C1的负极和电容C3的正极电性连接，电容C3的负极与三相变压器T1一次侧的正极电性连接，三相变压器T1二次侧的正极与二极管VD1的正极电性连接，二极管VD1的负极分别与电感L1的一端和二极管VD2的负极电性连接，二极管VD2的正极与三相变压器T1三次侧的负极电性连接，三相变压器T1三次侧的正极分别与电感C4的负极和被测工器具的一端电性连接，电感L1的另一端与电容C4的正极和被测工器具的另一端电性连接。

7.如权利要求1所述的一种绝缘工器具耐压测试仪，其特征在于：还包括光耦隔离器；

所述光耦隔离器分别与电压采集电路、比较放大电路和DSP电性连接。

8.如权利要求1所述的一种绝缘工器具耐压测试仪，其特征在于：还包括报警器和显示器；

所述报警器和显示器分别与DSP电性连接。

9.如权利要求1所述的一种绝缘工器具耐压测试仪，其特征在于：所述DSP为TMS320F2812A。