CN211785699U - 浪涌脉冲发生电路 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了浪涌脉冲发生电路，包括去耦单元、耦合单元、高压电源、处理单元、浪涌脉冲形成单元、采样单元和脉冲输出单元，脉冲输出单元用于连接受试设备的电源线，浪涌脉冲形成单元包括储能模块、放电模块和极性切换模块，高压电源的输出端与储能模块连接充电，处理单元控制放电模块快速放电产生正极性浪涌脉冲，通过调节极性切换模块产生负极性浪涌脉冲，将产生的正极性浪涌脉冲或负极性浪涌脉冲直接施加到或通过去耦单元、耦合单元耦合到受试设备的电源端口，处理单元控制采样单元同步采集受试设备的电源线上的脉冲电压和电流波形数据。保证了浪涌脉冲发生电路中开关的开关速度，高电压，大电流，效率高、稳定好、工作可靠和无噪声。

Description

浪涌脉冲发生电路

技术领域

本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种浪涌脉冲发生电路。

背景技术

传统的浪涌发生电路中采用机械式开关，使得产生的脉冲电压不高。开关电压最大为5kV，产生的脉冲电流不大，峰值电流最大为3kA，且机械式开关在浪涌发生电路中的使用寿命不高，易带来安全隐患，在使用过程中的开关速度低，影响了浪涌脉冲发生电路的可靠性。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供了一种浪涌脉冲发生电路，该浪涌脉冲发生电路采用快速电压大功率半导体开关不仅可以提升电压最大值和开关电流最大值，还可以提高浪涌脉冲发生电路的快速电压大功率半导体开关次数，且具有电路简单、控制方便、可靠性高、体积小等特点。

本实用新型提供了一种浪涌脉冲发生电路，包括去耦单元、耦合单元、高压电源、处理单元、浪涌脉冲形成单元、采样单元和脉冲输出单元，所述去耦单元、所述高压电源、所述浪涌脉冲形成单元和所述采样单元均与所述处理单元连接，所述脉冲输出单元用于连接受试设备的电源线；

所述浪涌脉冲形成单元包括储能模块、放电模块和极性切换模块，所述高压电源的输出端与所述储能模块连接用于给所述储能模块充电，所述处理单元控制所述放电模块快速放电用于在所述极性切换模块的输入端产生正极性浪涌脉冲，通过调节所述极性切换模块在所述极性切换模块的输出端产生负极性浪涌脉冲；

其中，所述浪涌脉冲形成单元将产生的正极性浪涌脉冲或负极性浪涌脉冲直接施加到或通过所述去耦单元、所述耦合单元耦合到所述受试设备的电源端口，所述处理单元控制所述采样单元同步采集所述受试设备的电源线上的脉冲电压和电流波形数据。

可选地，所述储能模块包括第一电容，所述放电模块包括第一电阻和多个串联的晶闸管，所述极性切换模块包括四个并联的继电器，所述多个串联的晶闸管连接至所述第一电容和所述第一电阻之间，所述多个串联的晶闸管的门极与所述处理单元连接。

可选地，所述浪涌脉冲形成单元还包括滤波模块，所述滤波模块包括串联的第一电感和第二电阻，所述滤波模块连接至所述放电模块和所述极性切换模块之间。

可选地，所述耦合单元包括第二电容、第三电容、第三电阻和五个继电器，用于将所述负极性浪涌脉冲耦合到所述受试设备的电源线上。

可选地，所述去耦单元包括第二电感、第三电感、第四电容、第五电容、第六电容和第四电阻，用于阻挡浪涌脉冲进入所述浪涌脉冲发生电路的供电端口。

可选地，所述采样单元包括脉冲电流互感器和交流电流互感器，所述脉冲电流互感器用于采集所述浪涌脉冲发生电路产生的浪涌脉冲，所述交流电流互感器用于检测所述受试设备抵抗浪涌脉冲的限值。

本申请提供的浪涌脉冲发生电路的有益效果为：通过在电路中采用去耦单元和耦合单元可以降低电路中的噪声，浪涌脉冲形成单元采用电容作为储能模块与高压电源的输入端连接，可以使其产生高压高能量浪涌脉冲。在电路中采用极性切换模块可以产生不同极性的浪涌脉冲，从而提高浪涌脉冲发生电路产生浪涌脉冲的工作稳定性，同时需要采样单元对产生的浪涌脉冲进行采集，可以提高对受试设备进行脉冲电压和电流波形数据检测的准确性。放电模块设置在储能模块和极性切换模块之间，可以提高该浪涌脉冲发生电路中的快速大功率开关的开关速度和工作可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。

图1示出了本申请一实施例提供的浪涌脉冲发生电路的结构示意图；

图2示出了本申请另一实施例提供的浪涌脉冲发生电路的结构示意图。

主要元件符号说明：

10-浪涌脉冲发生电路；20-去耦单元；30-耦合单元；40-高压电源；50-处理单元；60-浪涌脉冲形成单元；61-储能模块；62-放电模块；63-极性切换模块；64-滤波模块；70-采样单元；71-脉冲电流互感器；72-交流电流互感器；80-脉冲输出单元；90-人机交互单元。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下文中，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本申请的各种实施例中被清楚地限定。

参阅图1，图1示出了本申请一实施例提供的浪涌脉冲发生电路的电路原理图，本申请提供了一种浪涌脉冲发生电路10，包括去耦单元20、耦合单元30、高压电源40、处理单元50、浪涌脉冲形成单元60、采样单元70和脉冲输出单元80，所述去耦单元20、所述高压电源40、所述浪涌脉冲形成单元60和所述采样单元70均与所述处理单元50连接，所述脉冲输出单元80用于连接受试设备的电源线；

所述浪涌脉冲形成单元60包括储能模块61、放电模块62和极性切换模块63，所述高压电源40的输出端与所述储能模块61连接用于给所述储能模块61充电，所述处理单元50控制所述放电模块62快速放电用于在所述极性切换模块63的输入端产生正极性浪涌脉冲，通过调节所述极性切换模块63在所述极性切换模块63的输出端产生负极性浪涌脉冲；

其中，所述浪涌脉冲形成单元60将产生的正极性浪涌脉冲或负极性浪涌脉冲直接施加到或通过所述去耦单元20、所述耦合单元30耦合到所述受试设备的电源端口，所述处理单元50控制所述采样单元70同步采集所述受试设备的电源线上的脉冲电压和电流波形数据。

在本实施例中，高压电源40为直流高压源，处理单元50控制高压电源40以一定步长输出直流电压，使浪涌脉冲形成单元60也按照一定步长依次输出浪涌脉冲，产生的脉冲通过受试设备的电源线直接是加到受试设备上，同时该处理单元50控制采样单元70采集该受试设备的电压和电流波形数据，采样单元70将采集到的浪涌电路波形数据反馈至处理单元50，处理单元50实时完成数据的分析处理。

需要说明的是，在受试设备连接有电网的情况下，该浪涌脉冲发生电路10中的去耦单元20和耦合单元30用于将浪涌脉冲形成单元60产生的脉冲耦合到受试设备，同时与电网之间形成去耦，这样可以避免浪涌脉冲干扰公共电网。

应理解，当受试设备在进行浪涌测试时需进行瞬态参数测量，该处理单元50在浪涌脉冲输出时通过脉冲输出单元80输出一个同步触发信号，或者，该处理单元50通过脉冲输出单元80输入的同步触发信号控制浪涌脉冲的输出，处理单元50可以根据试验要求调整触发信号的边沿和电平大小，这样可以实现受试设备进行浪涌测试时完成其他瞬态参数的测量，提高了浪涌脉冲发生电路10产生浪涌脉冲的效率。

可选地，所述储能模块61包括第一电容，所述放电模块62包括第一电阻和多个串联的晶闸管，所述极性切换模块包括63四个并联的继电器，所述多个串联的晶闸管连接至所述第一电容和所述第一电阻之间，所述多个串联的晶闸管的门极与所述处理单元50连接。

在本实施例中，储能模块61包括第一电容C5，放电模块62包括第一电阻R21和多个串联的晶闸管，晶闸管也称可控硅(Silicon Controlled Rectifier)简称SCR，是一种大功率电器元件，具有体积小、效率高、寿命长等优点。极性切换模块63包括四个并联的继电器，分别为SW6、SW7、SW8和SW9，该处理单元50可以是MCU，该浪涌脉冲发生电路10的工作原理可以为：储能模块61的输入端接直流高压源，闭合继电器SW3、SW4和SW5，高压电源40通过DCTODC给第一电容C5充电，第一电容C5储存不同电压的能量后，在处理单元50的控制下，触发多个晶闸管导通，使多个晶闸管导通与第一电阻R21形成快速放电，在极性切换模块63的输入端即A、B点产生极性高压高能量的浪涌脉冲，当继电器SW6，SW8闭合，SW7，SW9断开时，在极性切换模块63的输出端即C、D点产生正极性高压高能量浪涌脉冲；当继电器SW7，SW9闭合，SW6，SW8断开时，在C,D点产生负极性高压高能量浪涌脉冲。

需要说明的是，晶闸管的数量可以根据实际情况需要来设计，晶闸管的数量越多，放电模块62的最大开关电压就越大，晶闸管上的单体晶闸管的数量越多，放电模块62的最大开关电流就越大。在实际应用中，放电模块62的单体晶闸管的数量可达1200个，保证了放电模块62的开关电压与开关电流，任何定制电压之间的1和159千伏(AC/DC)和任何定制的峰值电流在1和100kA是可以实现的。晶闸管用作无接触电开关可以快速接通或切断电路，无电弧产生，晶闸管和其他半导体器件相同，具有体积小、效率高、稳定性好、工作可靠、无噪声等优点，该浪涌脉冲发生电路10适用于高电压、大电流的情况，例如压电驱动器、闪光灯驱动器、Crowbar电路以及各种浪涌发生器等，扩大了该浪涌脉冲发生电路10的使用范围。

可选地，所述浪涌脉冲形成单元60还包括滤波模块64，所述滤波模块64包括串联的第一电感和第二电阻，所述滤波模块64连接至所述放电模块62和所述极性切换模块63之间。

在本实施例中，滤波模块64包括第一电感L1和第二电阻R20，用于接收单一的脉冲控制信号，保证了每个晶体管dv/dt和di/dt是有效与一致性，每一个晶体管都由自己的高度同步和隔离的栅极驱动器触发，这使得一个非常短的门布线可能，避免了晶体管开关的不一致性，也保证了晶体管开关可以安全地运行在大功率条件下的di/dt和dv/dt率和尽可能高的峰值电流。浪涌脉冲发生电路10是真正的栅极控制和不从负载电路得到驱动能量的，这样就可以安全地从几乎0伏(足够的电流断开)切换到最大电压而不受任何限制，保证了开关的可靠性。

应理解，浪涌脉冲发生电路10能隔离至少150％的最大工作电压，以便高压开关侧切换很容易安全的控制开端与闭合。对于每个晶体管开关模型，无论其工作电压如何，都可以通过定制的隔离电压额定值来实现特殊的隔离电压要求。“常规”隔离电压选项范围从40千伏至200千伏(选择)，这保证新型快速高电压大功率半导体开关的安全操作。

此外，对于多个串联的晶闸管作为放电模块62的开关的散热问题，可以选接地冷却法兰、镀镍铜散热片、石墨散热片、水冷却、或陶瓷冷却面(选择CSS)，为了避免放电散热高压电位，可以直接液体冷却或陶瓷散热片，保证了开关的高使用寿命。

可选地，所述耦合单元30包括第二电容、第三电容、第三电阻和五个继电器，用于将所述负极性浪涌脉冲耦合到所述受试设备的电源线上。

在本实施例中，耦合单元是30通过第二电容C6、第三电容C7、第三电阻R15，以及继电器SW10，SW11，SW12，SW13，SW14把C、D处的浪涌脉冲耦合到受试设备的电源线上，这样高压高能量浪涌脉冲就施加到受试设备的电源端口，验证该受试设备的抵抗浪涌脉冲的性能，具体试验要求在标准IEC61000-4-5中有规定，此处不再赘述。

可选地，所述去耦单元20包括第二电感、第三电感、第四电容、第五电容、第六电容和第四电阻，用于阻挡浪涌脉冲进入所述浪涌脉冲发生电路10的供电端口。

在本实施例中，去耦单元20是通过第二电感L1、第三电感L2，第四电容C1、第五电容C2、第六电容C4和第四电阻R8组成的浪涌脉冲高阻抗滤波网络，阻挡浪涌脉冲进入该浪涌脉冲发生电路10的供电端口，影响其他设备的工作，以及保证浪涌脉冲不被衰减的施加在该受试设备上。

可选地，所述采样单元70包括脉冲电流互感器71和交流电流互感器72，所述脉冲电流互感器71用于采集所述浪涌脉冲发生电路10产生的浪涌脉冲，所述交流电流互感器72用于检测所述受试设备抵抗浪涌脉冲的限值。

在本实施例中，在处理单元50实时完成数据的分析处理后，该处理单元50根据采集的波形数据分析浪涌电压、电流的峰值，并将浪涌电压、电流的峰值与该受试设备抵抗浪涌脉冲的限值进行比较判断，当受试设备在测试过程中出现异常时，如开路或短路，测得的浪涌电压、电流峰值就会过大或过小，以至于超出上限或低于下限，此时该处理单元50就会输出一个识别信号来控制放电模块62中的晶闸管即开关量的关闭或断开，可迅速筛选出不符合规定的产品，在该处理单元50控制高压电源、浪涌脉冲形成单元60以一定步长依次输出试验脉冲的过程中，当识别出受试设备得到击穿电压后，立即自动停止测试，这样可以准确确定受试设备的最小击穿电压，来分析电子设备受浪涌脉冲冲击的过程，可以避免受试设备受到过大的浪涌冲击而造成重大破坏。

参阅图2，图2示出了本申请另一实施例提供的浪涌脉冲发生电路的电路图，在另一实施例中，所述浪涌脉冲发生电路10还包括人机交互单元90，所述人机交互单元90连接至所述处理单元50，用于显示所述脉冲电压和电流波形数据。

在本实施例中，该人机交互单元90可以是触摸屏，处理单元50控制高压电源40以一定步长依次输出直流电压，使浪涌脉冲形成单元60也以一定步长依次输出浪涌脉冲，产生的浪涌脉冲通过去耦单元20、耦合单元30耦合到受试设备的电源线上，通过受试设备的电源线输出到受试设备，同时处理单元50控制采样单元70采集受试设备的电源线上的电压和电流波形数据，采样单元70将采集到的浪涌电压、电流波形数据反馈至该处理单元50，该处理单元50实时完成数据的分析处理后发送至触摸屏并直接显示出来，这样可以实现测试分析一体化，对波形数据的分析直观和便捷。

需要说明的是，去耦单元20和耦合单元30受处理单元50控制，在测试过程中，处理单元50控制去耦单元20、耦合单元30耦合路径的切换，可以满足线对线、线对地等各个路径的浪涌试验要求，该处理单元50根据切换后的耦合路径控制采样单元快速采集，满足了不同耦合路径试验的要求，也保证了采样的波形与耦合路径相对应，即浪涌脉冲产生的一致性与稳定性。

应理解，采用多个串联的晶闸管作为大功率半导体放电开关来控制高压直流源通断即可实现幅值平坦的脉冲输出，通过调节高压电源40的输出幅值，即可实现输出脉冲幅值大小的调节。通过控制该大功率半导体放电开关的闭合时间，即可实现脉冲持续时间宽范围的调节，从而实现输出幅值大小和脉冲持续时间可调的方波。

本申请提供一种浪涌脉冲发生电路10，通过在电路中采用去耦单元20和耦合单元30可以降低电路中的噪声，浪涌脉冲形成单元60采用电容作为储能模块61与高压电源40的输入端连接，可以使其产生高压高能量浪涌脉冲。在电路中采用极性切换模块63可以产生不同极性的浪涌脉冲，从而提高浪涌脉冲发生电路10产生浪涌脉冲的工作稳定性，同时需要采样单元70对产生的浪涌脉冲进行采集，可以提高对受试设备进行脉冲电压和电流波形数据检测的准确性。放电模块62设置在储能模块61和极性切换模块63之间，可以提高该浪涌脉冲发生电路10中的快速大功率开关的开关速度和工作可靠性。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种浪涌脉冲发生电路，其特征在于，包括去耦单元、耦合单元、高压电源、处理单元、浪涌脉冲形成单元、采样单元和脉冲输出单元，所述去耦单元、所述高压电源、所述浪涌脉冲形成单元和所述采样单元均与所述处理单元连接，所述脉冲输出单元用于连接受试设备的电源线；

所述浪涌脉冲形成单元包括储能模块、放电模块和极性切换模块，所述高压电源的输出端与所述储能模块连接用于给所述储能模块充电，所述处理单元控制所述放电模块快速放电用于在所述极性切换模块的输入端产生正极性浪涌脉冲，通过调节所述极性切换模块在所述极性切换模块的输出端产生负极性浪涌脉冲；

其中，所述浪涌脉冲形成单元将产生的正极性浪涌脉冲或负极性浪涌脉冲直接施加到或通过所述去耦单元、所述耦合单元耦合到所述受试设备的电源端口，所述处理单元控制所述采样单元同步采集所述受试设备的电源线上的脉冲电压和电流波形数据。

2.根据权利要求1所述的浪涌脉冲发生电路，其特征在于，所述储能模块包括第一电容，所述放电模块包括第一电阻和多个串联的晶闸管，所述极性切换模块包括四个并联的继电器，所述多个串联的晶闸管连接至所述第一电容和所述第一电阻之间，所述多个串联的晶闸管的门极与所述处理单元连接。

3.根据权利要求1所述的浪涌脉冲发生电路，其特征在于，所述浪涌脉冲形成单元还包括滤波模块，所述滤波模块包括串联的第一电感和第二电阻，所述滤波模块连接至所述放电模块和所述极性切换模块之间。

4.根据权利要求1所述的浪涌脉冲发生电路，其特征在于，所述耦合单元包括第二电容、第三电容、第三电阻和五个继电器，用于将所述负极性浪涌脉冲耦合到所述受试设备的电源线上。

5.根据权利要求1所述的浪涌脉冲发生电路，其特征在于，所述去耦单元包括第二电感、第三电感、第四电容、第五电容、第六电容和第四电阻，用于阻挡浪涌脉冲进入所述浪涌脉冲发生电路的供电端口。

6.根据权利要求1所述的浪涌脉冲发生电路，其特征在于，所述采样单元包括脉冲电流互感器和交流电流互感器，所述脉冲电流互感器用于采集所述浪涌脉冲发生电路产生的浪涌脉冲，所述交流电流互感器用于检测所述受试设备抵抗浪涌脉冲的限值。

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