专利名称：一种高电压三角电压波发生器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及在防雷元器件及电涌保护装置SPD的电气参数测试仪器等所使 用的高电压三角电压波发生器，尤指一种在防雷元器件和电气参数测试时常用的上升斜率 为lOOOV/uS和波头为IOuS波尾为700uS的10/700uS的高电压三角电压波发生器。其幅 值大小及波形定义依照执行标准IEC61643. 31UGB/T18802. 311。
背景技术：
随着防雷技术的不断发展，按国际电工委员会IEC及国标GB标准要求，对防雷元 器件及电涌保护装置SPD的电气参数测试并不只满足于工厂及实验室的测试，使用现场的 测试要求越来越多。(如lOOOV/uS，10/700uS等)高电压三角电压波发生器用以对电涌 保护装置SPD电气参数现场测试的要求越来越多。目前广泛使用的符合IEC及国标GB标准要求的高电压三角电压波发生器存在以 下不足a、体积大，由于主要使用高压变压器及高压机械开关，导致体积较大，很难做成便 携式或手持式。图2为现有技术的10/700uS波形发生器示意图，由于采用工频高压升压变 压器，其体积不能做到小巧，绝缘也需要特殊工艺来完成。其高压放电开关由于高电压，大 电流的缘故无法做到小巧；b、高压机械开关触点在高电压大电流状态下容易拉弧烧蚀；C、机械触点容易引起波形的抖动，引起波形的失真，如图3所示；d、放电瞬间有一定的噪声，易引起测试人员的不舒服。防雷元器件及电涌保护装置SPD市场需要一种便于实验室、工厂及使用现场测试 的便携式高电压三角电压波发生器，并且在高电压大电流状态下不会拉弧烧蚀、波形无失 真及无放电噪声等。
发明内容本实用新型旨在针对现有技术的上述不足及市场需求，推出一种符合IEC及国标 GB标准要求的高电压三角电压波。用该方法制作的高电压三角电压波发生器，其体积小，便 于携带，便于在现场对防雷元器件及SPD进行测试，同时在高电压大电流状态下不会拉弧 烧蚀、波形无失真及无放电噪声等。为了实现上述目的，完成上述任务，本实用新型一种高电压三角电压波发生 器采用如下技术方案本实用新型一种高电压三角电压波发生器，包括η个1100V电压电压三角波单元， 其中η为等于2或大于2的正整数。对上述一种高电压三角电压波发生器的技术方案进行进一步阐述一种高电压三角电压波发生器，每个所述1100V电压三角波单元包括电子开关、 隔离电源模块、电子开关的驱动电源、以及作为所述1100V电压三角波单元的同步及叠加的光电耦合器，还包括将η个所述1100V电压三角波单元生成的波头波形及波尾波形二合 一形成整体高电压三角电压波的形成输出电路，电源模块及直流电源；电子开关为工作在 开关状态的晶体三极管Ql ；所述电源模块的输入端通过开关与所述直流电源连接，所述电 源模块的输出端为所述驱动电源；隔离电源模块的输入端通过开关与所述直流电源连接， 隔离电源模块的两输出端分别与作为电子开关的晶体三极管Ql的集电极、晶体三极管Ql 的发射极电阻R3相连接；所述光电耦合器的发光驱动端分别经Rl通过启动开关的常开接 点与限流电阻R9同直流电源的正极、直流电源的负极相连；所述光电耦合器的输出端做为 晶体三极管Ql的基极与驱动电源3相连的开关，光电电耦合器的输出端的发射极经R2与 晶体三极管Ql的基极相连，光电电耦合器的输出端的集电极经隔离二极管Dl与驱动电源 相连；所述形成输出电路连接于作为电子开关的晶体三极管Ql的输出端的发射极。所述直流电源为12VDC。隔离电源模块为12VDC-1100V DC隔离电源模块，系采用30Κζ正弦振荡器升压整 流滤波得到约1100VDC电压，包括晶体三极管Q2、晶体三极管Q3、线圈Ll 、电阻R6、电 容C6、电容C7、变压器Tl、二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管D14、二极管D15、 二极管D16、二极管D17及二极管D18，变压器Tl为三绕组高频变压器，晶体三极管Q2的 发射极及晶体三极管Q3的发射极并联后连接所述直流电源的负极，晶体三极管Q2的基极 与变压器Tl的初级绕组L3的一端连接，变压器Tl的初级绕组L3的另一端与晶体三极管 Q3的基极和电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与线圈Ll的一端及变压器Tl的初级绕 组L2的一端连接，线圈Ll的另一端通过开关与所述直流电源的正极连接，变压器Tl的初 级绕组L2具有抽头，变压器Tl的初级绕组L2的抽头与晶体三极管Q2的的集电极及电容 C6的一极连接，电容C6的另一极与晶体三极管Q3的集电极；变压器Tl的次级绕组L3的 两端与二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管D14、二极管D15、二极管D16、二极 管D17、二极管D18及电容C7构成的整流滤波电路的输入端连接，电容C7的两端为整流滤 波电路的输出端，亦即隔离电源模块的输出端，输出1100VDC电压。电子开关的驱动电源由一个η组隔离12VDC-6X12VDC的所述电源模块的输出端 提供。η组隔离12VDC-6X 12VDC的所述电源模块包括晶体三极管Q4、晶体三极管Q5、多 绕组变压器T2、R7、C8及线圈L5，还包括与所述变压器T2的6组次级绕组对应配置的由二 极管D21、二极管D22、二极管D23、二极管DM及电解电容C9组成的整流滤波电路，晶体三 极管Q4和晶体三极管Q5的发射极并联后所述直流电源的负极连接，晶体三极管Q4的基极 与所述变压器T2的初级绕组L7的一端连接，所述变压器T2的初级绕组L7的另一端与电 阻R7的一端及晶体三极管Q5的基极连接，电阻R7的另一端与线圈L5的一端及所述变压 器T2的初级绕组L6的一端连接，线圈L5的另一端与所述直流电源的正极连接，所述变压 器T2的初级绕组L6具有抽头，所述变压器T2的初级绕组L6的抽头与电容C8的一极及晶 体三极管Q4的集电极连接，所述变压器T2的初级绕组L6的另一端与电容C8的另一极及 晶体三极管Q5的的集电极连接；所述变压器T2的6组次级绕组中每一组分别与对应配置 的由二极管D21、二极管D22、二极管D23、二极管DM及电解电容C9组成的整流滤波电路的 输入端连接，每一组的电解电容C9输出电压12VDC以作为其中一所述电子开关的所述驱动 电源。[0018]所述形成输出电路包括波头电阻R4、波尾电阻R5、波头电容Cl及输出电阻R8，波 头电阻R4的一端与作为电子开关的晶体三极管Ql的发射极连接，波头电阻R4的另一端与 波头电容Cl电极的一极、波尾电阻R5的一端及输出电阻R8的一端连接，波头电容Cl电极 的另一极与波尾电阻R5的另一端及隔离电源模块输出端1100VDC电压的负极连接，从输出 电阻R8的另一端输出高电压三角电压波。设置电源开关及启动开关及与直流电源配置，还设置继电器。同现有技术相比，本实用新型的有益效果在于1、采用η个电子开关来代替机械高压开关，并且作为电子开关的晶体三极管选 用BTO08A，BU508A最大开关电流15Α，最大开关电压1500V，最大开关频率7MHz，用它作为 1100VDC电压电流小于2A的电子开关是完全满足要求的。采用η个BU508A的电子开关做 成的开关电路叠加取代高压机械触点开关；2、用η个12VDC-1100V DC隔离电源模块代替传统工频高压变压器。12VDC-1100V DC隔离电源模块采用30Κζ正弦振荡器升压整流滤波得到约1100VDC电压，具有体积小效率 高，体积仅为44mm X 21mm ；3、用单个η组隔离12VDC-6X 12VDC电源模块作为BU508A的开关驱动电源。其原 理图如图5，其体积为88mmX42mm ；4、用η个光电耦合器作作为低压三角波单元的同步及叠加，隔离度好同步一致性
可靠；5、本实用新型可实现lOOOV/uS，10/700uS等高电压三角电压波幅值为 nX 1100KV 的电压输出，IEC61643. 311、GB/T18802. 311 要求 1000V/uS，10/700uS 等高电 压三角电压波幅值为nX 1100KV，其他电压只要调整12VDC-1100V DC隔离电源模块输入电 压即可得到其他低于nX 1100KV的幅值的lOOOV/uS，10/700uS等高电压三角电压波。参
数调整方便实用；6、本实用新型可实现lOOOV/uS，10/700uS等高电压三角电压波通用性电路， 2合1波形形成输出电路其PCB板可通用，只需改变元件的参数便可得到lOOOV/uS或 10/700uS等其他三角电压波。总之，本实用新型高电压三角电压波发生器，其体积小，便于携带，便于在现场对 防雷元器件SPD进行测试，同时在高电压大电流状态下不会拉弧烧蚀、波形无失真及无放 电噪声等。
图1现有技术lOOOV/uS，10/700uS 6KV电压波发生器通用电路示意图；图2现有技术机lOOOV/uS , 10/700uS 6KV电压波发生器因机械触点引起的波形
抖动图；图3本实用新型高电压lOOOV/uS和10/700uS三角电压波发生器电路模块示意 图；图4本实用新型高电压lOOOV/uS和10/700uS三角电压波发生器电路图；图5为12VDC-1100V DC隔离电源模块电路示意图；图6为12VDC-6X 12VDC电源模块电路示意图。[0034]图中1、直流电源；2、电源模块；3、驱动电源；4、隔离电源模块；5、光电耦合器； 6、电子开关；7、形成输出电路；8、电源开关；9、启动开关；10、继电器。
具体实施方式
下面，结合附图介绍本实用新型的具体实施方式
。如图3及图4所示，本实用新型一种高电压三角电压波发生器，包括η个1100V电 压三角波单元，每个所述1100V电压三角波单元包括电子开关6、隔离电源模块4、电子开关 6的驱动电源3、以及作为所述1100V电压三角波单元的同步及叠加的光电耦合器5，还包括 将η个所述1100V电压三角波单元生成的波头波形及波尾波形二合一形成整体高电压三角 电压波的形成输出电路7，电源模块2及直流电源1 ；电子开关6为工作在开关状态的晶体 三极管Ql ；所述电源模块2的输入端通过开关与所述直流电源1连接，所述电源模块2的 输出端为所述驱动电源3 ；隔离电源模块4的输入端通过开关与所述直流电源1连接，隔离 电源模块4的两输出端分别与作为电子开关6的晶体三极管Ql的集电极、晶体三极管Ql 的发射极电阻R3相连接；所述光电耦合器5的发光驱动端分别经Rl通过启动开关的常开 接点与限流电阻R9同直流电源8的正极、直流电源8的负极相连；所述光电耦合器5的输 出端做为晶体三极管Ql的基极与驱动电源3相连的开关，光电电耦合器5的输出端的发射 极经R2与晶体三极管Ql的基极相连，光电电耦合器5的输出端的集电极经隔离二极管Dl 与驱动电源3相连；所述形成输出电路7连接于作为电子开关6的晶体三极管Ql的输出端 的发射极。为了使仪器能做成便携式或手持式，本实用新型一种6KV高电压三角电压波发生 器采用电池供电即所述直流电源1供电，所述直流电源1为12VDC。如图5所示，隔离电源模块4为12VDC-1100V DC隔离电源模块，系采用30Κζ正弦 振荡器升压整流滤波得到约1100VDC电压的6组高压电源，包括晶体三极管Q2、晶体三极管 Q3、线圈Ll 、电阻R6、电容C6、电容C7、变压器Tl、二极管D11、二极管D12、二极管D13、 二极管D14、二极管D15、二极管D16、二极管D17及二极管D18，变压器Tl为三绕组高频 变压器，晶体三极管Q2的发射极及晶体三极管Q3的发射极并联后连接所述直流电源的负 极，晶体三极管Q2的基极与变压器Tl的初级绕组L3的一端连接，变压器Tl的初级绕组L3 的另一端与晶体三极管Q3的基极和电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与线圈Ll的一 端及变压器Tl的初级绕组L2的一端连接，线圈Ll的另一端通过开关与所述直流电源的正 极连接，变压器Tl的初级绕组L2具有抽头，变压器Tl的初级绕组L2的抽头与晶体三极管 Q2的的集电极及电容C6的一极连接，电容C6的另一极与晶体三极管Q3的集电极；变压器 Tl的次级绕组L3的两端与二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管D14、二极管D15 、二极管D16、二极管D17、二极管D18及电容C7构成的整流滤波电路的输入端连接，电容 C7的两端为整流滤波电路的输出端，亦即隔离电源模块的输出端，输出1100VDC电压。变压 器Tl采用EPC19高频变压器，骨架采用5组隔离多层骨架，可以很好的处理线间绝缘，每组 的耐压大于200V即可。电子开关6的驱动电源3由一个η组隔离12VDC_nX 12VDC的所述电源模块2的
输出端提供。如图6所示，η组隔离12VDC-nX 12VDC的所述电源模块2包括晶体三极管Q4、晶 体三极管Q5、多绕组变压器T2、R7、C8及线圈L5，还包括与所述变压器T2的6组次级绕组对应配置的由二极管D21、二极管D22、二极管D23、二极管DM及电解电容C9组成的整流 滤波电路，晶体三极管Q4和晶体三极管Q5的发射极并联后所述直流电源的负极连接，晶体 三极管Q4的基极与所述变压器T2的初级绕组L7的一端连接，所述变压器T2的初级绕组 L7的另一端与电阻R7的一端及晶体三极管Q5的基极连接，电阻R7的另一端与线圈L5的 一端及所述变压器T2的初级绕组L6的一端连接，线圈L5的另一端与所述直流电源的正极 连接，所述变压器T2的初级绕组L6具有抽头，所述变压器T2的初级绕组L6的抽头与电容 C8的一极及晶体三极管Q4的集电极连接，所述变压器T2的初级绕组L6的另一端与电容 C8的另一极及晶体三极管Q5的的集电极连接；所述变压器T2的6组次级绕组中每一组分 别与对应配置的由二极管D21、二极管D22、二极管D23、二极管DM及电解电容C9组成的 整流滤波电路的输入端连接，每一组的电解电容C9输出电压12VDC以作为其中一所述电子 开关的所述驱动电源。多绕组变压器T2采用EPC19高频变压器，其原方参数与所述隔离电 源模块4 一致，付方采用η个各自独立的隔离绕组，输出电压约12V左右，这η组电源作为 BU508A晶体三极管Ql的驱动电源，其电压适应范围很宽，8-20V都可以。瞬间电流大于20m A即可。所述形成输出电路7包括波头电阻R4、波尾电阻R5、波头电容Cl及输出电阻R8， 波头电阻R4的一端与作为电子开关的晶体三极管Ql的发射极连接，波头电阻R4的另一端 与波头电容Cl电极的一极、波尾电阻R5的一端及输出电阻R8的一端连接，波头电容Cl电 极的另一极与波尾电阻R5的另一端及隔离电源模块输出端1100VDC电压的负极连接，从输 出电阻R8的另一端输出高电压三角电压波。如图2所示，设置电源开关8及启动开关9及与直流电源1配置；还设置继电器 10。本实用新型一种高电压三角电压波发生器工作过程如下直流电源1接通，电源模块2工作，η组低压12V电源及η组高压1100V处于 充满电的待机工作中，启动开关9启动，继电器10得电工作，继电器10常闭接点打开， 12VDC-1100V DC的隔离电源模块4原方断开，但此时其付方还是1100V，在继电器10得电 后η个光电耦合器导通，η个作为电子开关6的1100V BU508A的晶体三极管Ql导通，η 组1100V通过波头电阻R4对波头电容Cl充电，形成10/700uS中的IOu S波头，当电压达 到nX 1100KV峰值后，波头电容Cl对波尾电阻R5放电，形成10/700uS中的700u S波尾， 如果不装波尾电阻R5，调整波头电阻R4即可形成上升斜率为lOOOV/uS的电压波。经过一 个周期，得到一个完整的nX 1100KV电压10/700uS电压波。由于PCB板的分布参数不同， 波头电阻及波尾电阻稍有不同。
权利要求1.一种高电压三角电压波发生器，其特征在于包括η个1100V电压三角波单元，其中 η为等于2或大于2的正整数。
2.根据权利要求2所述的一种高电压三角电压波发生器，其特征在于每个所述1100V 电压三角波单元包括电子开关、隔离电源模块、电子开关的驱动电源及作为所述1100V电 压三角波单元的同步及叠加的光电耦合器，还包括将η个所述1100V电压三角波单元生成 的波头波形及波尾波形二合一形成整体高电压三角电压波的形成输出电路，电源模块及直 流电源；电子开关为工作在开关状态的晶体三极管Ql ；所述电源模块的输入端通过开关与 所述直流电源连接，所述电源模块的输出端为所述驱动电源；隔离电源模块的输入端通过 开关与所述直流电源连接，隔离电源模块的两输出端分别与作为电子开关的晶体三极管Ql 的集电极、晶体三极管Ql的发射极电阻R3相连接；所述光电耦合器的发光驱动端分别经 Rl通过启动开关的常开接点与限流电阻R9同直流电源的正极、直流电源的负极相连；所述 光电耦合器的输出端做为晶体三极管Ql的基极与驱动电源3相连的开关，光电电耦合器的 输出端的发射极经R2与晶体三极管Ql的基极相连，光电电耦合器的输出端的集电极经隔 离二极管Dl与驱动电源相连；所述形成输出电路连接于作为电子开关的晶体三极管Ql的 输出端的发射极。
3.根据权利要求2所述的一种高电压三角电压波发生器，其特征在于所述直流电源 为 12VDC。
4.根据权利要求2所述的一种高电压三角电压波发生器，其特征在于隔离电源模块 为12VDC-1100V DC隔离电源模块，系采用30Κζ正弦振荡器升压整流滤波得到约1100VDC 电压，包括晶体三极管Q2、晶体三极管Q3、线圈Ll 、电阻R6、电容C6、电容C7、变压器 Tl、二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管D14、二极管D15、二极管D16、二极管 D17及二极管D18，变压器Tl为三绕组高频变压器，晶体三极管Q2的发射极及晶体三极管 Q3的发射极并联后连接所述直流电源的负极，晶体三极管Q2的基极与变压器Tl的初级绕 组L3的一端连接，变压器Tl的初级绕组L3的另一端与晶体三极管Q3的基极和电阻R6的 一端连接，电阻R6的另一端与线圈Ll的一端及变压器Tl的初级绕组L2的一端连接，线圈 Ll的另一端通过开关与所述直流电源的正极连接，变压器Tl的初级绕组L2具有抽头，变 压器Tl的初级绕组L2的抽头与晶体三极管Q2的的集电极及电容C6的一极连接，电容C6 的另一极与晶体三极管Q3的集电极的另一端连接；变压器Tl的次级绕组L3的两端与二极 管D11、二极管D12、二极管D13、二极管D14、二极管D15、二极管D16、二极管D17、二极 管D18及电容C7构成的整流滤波电路的输入端连接，电容C7的两端为整流滤波电路的输 出端，亦即隔离电源模块的输出端，输出1100VDC电压。
5.根据权利要求2所述的一种高电压三角电压波发生器，其特征在于电子开关的驱 动电源由一个η组隔离12VDC-6X 12VDC的所述电源模块的输出端提供。
6.根据权利要求5所述的一种高电压三角电压波发生器，其特征在于η组隔离 12VDC-6X 12VDC的所述电源模块包括晶体三极管Q4、晶体三极管Q5、多绕组高频变压器 T2、R7、C8及线圈L5，还包括与所述变压器T2的6组次级绕组对应配置的由二极管D21、二 极管D22、二极管D23、二极管DM及电解电容C9组成的整流滤波电路，晶体三极管Q4和晶 体三极管Q5的发射极并联后所述直流电源的负极连接，晶体三极管Q4的基极与所述变压 器T2的初级绕组L7的一端连接，所述变压器T2的初级绕组L7的另一端与电阻R7的一端及晶体三极管Q5的基极连接，电阻R7的另一端与线圈L5的一端及所述变压器T2的初级绕 组L6的一端连接，线圈L5的另一端与所述直流电源的正极连接，所述变压器T2的初级绕 组L6具有抽头，所述变压器T2的初级绕组L6的抽头与电容C8的一极及晶体三极管Q4的 集电极连接，所述变压器T2的初级绕组L6的另一端与电容C8的另一极及晶体三极管Q5的 的集电极连接；所述变压器T2的η组次级绕组中每一组分别与对应配置的由二极管D21、 二极管D22、二极管D23、二极管DM及电解电容C9组成的整流滤波电路的输入端连接，每 一组的电解电容C9输出电压12VDC以作为其中一所述电子开关的所述驱动电源。
7.根据权利要求2所述的一种高电压三角电压波发生器，其特征在于所述形成输出 电路包括波头电阻R4、波尾电阻R5、波头电容Cl及输出电阻R8，波头电阻R4的一端与作 为电子开关的晶体三极管Ql的发射极连接，波头电阻R4的另一端与波头电容Cl电极的一 极、波尾电阻R5的一端及输出电阻R8的一端连接，波头电容Cl电极的另一极与波尾电阻 R5的另一端及隔离电源模块输出端1100VDC电压的负极连接，从输出电阻R8的另一端输出 η X 1100KV高电压三角电压波。
专利摘要一种高电压三角电压波发生器，涉及在防雷元器件SPD的测试仪器等所使用的高电压三角电压波发生器。包括n个1100V电压三角波单元；每个所述1100V电压三角波单元包括电子开关、隔离电源模块、电子开关的驱动电源及光电耦合器，还包括将n个所述1100V电压三角波标准单元生成的波头波形及波尾波形二合一形成整体高电压三角电压波的形成输出电路，电源模块及直流电源。其有益效果在于体积小，便于携带，便于在现场对防雷元器件SPD进行测试。
文档编号G01R1/28GK201935934SQ20102069358
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者杨直文 申请人:东莞市新铂铼电子有限公司