一种雷电流冲击试验台的制作方法
【专利摘要】本发明的雷电流冲击试验台，包括机箱、通流夹具、示波器和LCR放电电路板，机箱面板上设有总电源开关、单次冲击按钮、连续冲击按钮、时间继电器、计数继电器、输出端口、通流取样端口、限制电压取样端口、数字电压表、手动电位计旋钮、调压器旋钮和压敏通流夹具保护开关；机箱内部设有与上述机箱面板上的电器元件电连接的LCR放电电路板；在通流夹具内装入待测压敏电阻，并连接示波器至通流取样端口，按下单次冲击按钮，观察波形，调整电压设定值直至电路出现指定峰值的8/20μs波形，固定好电压设定值，装入下一批待测压敏电阻，并对比通流试验后压敏电阻电压前后变化。整个电容器充电、放电由电路控制，简化了操作，在远处按一次按钮即可完成1-99次冲击试验。
【专利说明】一种雷电流冲击试验台
【技术领域】
[0001]本发明涉及压敏电阻器通流试验设备领域，具体涉及一种雷电流冲击试验台。
【背景技术】
[0002]雷电流冲击试验台是用于压敏电阻器通流试验的设备。
[0003]压敏电阻器是一种非线性电阻器，通常将流经压敏电阻器的电流为Ima时的压敏电阻器两端电压称为压敏电压，当外加电压超过压敏电压时，其电阻值随外加电压的增大而急剧减小，利用这一点，可以使用压敏电阻器对IC及其它设备的电路进行保护，起到过压分流的作用，防止因静电放电、浪涌或其它瞬态电流(如雷击)对设备造成的损坏。使用时只需将压敏电阻器并联到需要保护的电路两端，当外界电压瞬间高于某一数值时，压敏电阻器阻值突然急剧下降，电路内电流主要由压敏导通，从而保护电路。当外界电压低于压敏电阻器工作电压值时，压敏电阻器阻值极高，近乎开路，不会影响器件或电路设备的正常工作。
[0004]通流能力是压敏电阻器的一项重要参数。主要是指压敏电阻器瞬间导通大电流的能力。经高浪涌电流冲击后，压敏电压有所下降，把满足压敏电压下降要求的(防雷型压敏一般在-10%以内)压敏电阻器所能承受的最大电流(按照规定波形)称为压敏电阻器的通流容量。通流容量越大，压敏所能导通的电流就越大，保护能力越强。通常，电路内瞬间大电流由雷电干扰产生，因此压敏通流测试时所施加的大电流也要模拟雷电的波形。一般的通流能力测试不需要确认压敏电阻器的最大承受电流，通常对压敏施加一个大的脉冲电流(按规定)，比较通流前后的压敏电压变化率，如变化率合乎要求，则可确认压敏最少可承受此脉冲电流的电流量。
[0005]国标规定的脉冲电流有两种，第一种波形是:电流从零值以很短的时间上升至峰值，然后以近似于指数或过阻尼正弦振荡的波形下降至零，这种类型的波形如图1所示，以视在前沿时间Tl和视在半峰值时间T2来表示。第二种波形近似于方波，如图2所示，用视在峰值宽度TD和视在总宽度TT来表示。视在前沿时间Tl:脉冲电流的视在前沿时间，是指电流从峰值的10%到90%的时间间隔的1.25倍，如果前沿有振荡，则10%和90%的点应当根据通过这些前沿振荡所划的平局曲线来确定，但前沿振荡的峰值要小于平均曲线峰值的 ±5%。
[0006]视在原点Tl:脉冲电流的视在原点Tl是指电流达到峰值的10%这一点以前的
0.1XTl的时刻。对于线性扫描的波形图来说，该点是指通过前沿的10%和90%的点所做的直线与X轴的交点。
[0007]视在半峰值时间T2:脉冲电流的视在半峰值时间T2是指从视在原点到波尾上电流第一次下降的半峰值的时间间隔。
[0008]雷电流冲击试验台就是一台能够产生以上第一种波形的设备，波形规格为8/20 μ S，视在前沿时间8毫秒，视在半峰值时间20毫秒。进行通流试验时，在电流输出端口安装专用夹具，将压敏固定于夹具上，设备工作时，产生的电流通过串联的在输出端口的压敏电阻器，完成对压敏的脉冲冲击。
[0009]然而，由于8/20 y s波为模拟的雷电波，直接施加到人体将导致伤亡事故。因此，现今的雷电流冲击试验台大多存在以下弊端:1、现有的雷电流冲击试验台一般以手动为主，通过手工控制面板上的按钮为试验台内的储能电容器通电，面板按钮4个按钮分别控制储能电容器充电开始、充电停止，电容器放电，电路复位。按钮过多，操作复杂。2、如操作时出现误操作，可能发生未按下电容器充电停止按钮而直接进行电容器放电的情况。此时，在人员更换连接在试验台上的压敏电阻时，电容器同时充电，如出现意外震动或触碰，导致试验台放电，将出现人员安全事故。3、压敏试验中有时需要对同一压敏样品进行多次进行冲击，此时采用手动操作容易出现误操作且无效率。
【发明内容】
[0010]为解决上述技术问题，我们制造出了一种雷电流冲击试验台，将雷电流冲击试验台设计为智能化控制，整个电容器充电、放电由电路控制，简化了面板操作，设定参数后只需按一次按钮即可完成电流冲击，试验台升压后人员可以远离试验台，大大提高了安全性。
[0011]为达到上述目的，本发明的技术方案如下:
[0012]一种雷电流冲击试验台，包括机箱、通流夹具、示波器和LCR放电电路板，所述机箱面板上设有总电源开关、单次冲击按钮、连续冲击按钮、时间继电器、计数继电器、输出端口、通流取样端口、限制电压取样端口、数字电压表、手动电位计旋钮、调压器旋钮和压敏通流夹具保护开关；所述机箱内部设有LCR放电电路板，所述LCR放电电路板与所述总电源开关、单次冲击按钮、连续冲击按钮、时间继电器、计数继电器、输出端口、通流取样端口、限制电压取样端口、数字电压表、手动电位计旋钮、调压器旋钮和压敏通流夹具保护开关电连接；在所述通流夹具内装入待测压敏电阻，并连接所述示波器至所述通流取样端口，再开启所述总电源，按下所述单次按钮，待所述试验台放电后观察波形，同时调整电压设定值直至电路出现指定峰值的8/20 u s波形，固定好电压设定值，装入下一批待测压敏电阻，并对比通流试验后压敏电阻电压的前后变化。
[0013]优选的，所述时间继电器为在连续冲击模式下，设定两次冲击的时间间隔的时间继电器。
[0014]优选的，所述计数继电器为设定连续冲击的次数的计数继电器。
[0015]优选的，所述输出端口与所述通流夹具串联连接，并对通流夹具内的压敏电阻进行冲击实验。
[0016]优选的，所述通流取样端口外接所述示波器，并实测所述试验台的放电电流。
[0017]优选的，所述限制电压取样端口经所述通流取样端口确定好能够产生规定波形的电压后，将所述示波器连接限制电压端口测试此电流波形下的限制电压。
[0018]优选的，所述数字电压表显示储能电容两端实际电压，并控制所述LCR电路放电。
[0019]优选的，所述手动电位计旋钮通过手动调节控制所述LCR电路的放电电压。
[0020]优选的，所述调压器旋钮改变接入电路的次级线圈匝数调整升压上限。
[0021]优选的，所述压敏通流夹具保护开关保证压敏夹具盒开启时，充电电路处于断路状态
[0022]通过上述技术方案，本发明通过将雷电流冲击试验台设计为智能化控制，具有以下优点:1、整个电容器充电、放电由电路控制，简化了面板操作，设定参数后只需按一次按钮即可完成电流冲击。2、试验台升压后人员可以远离试验台，之前的试验台需手工按动试验台面板的放电开关，面板与试验台放电端过于接近，容易发生安全事故，改进后人员按下启动按钮后即可离开，放电时人员距离放电夹具有一定距离，大大提升了安全性。3、整合了普通的通流测试试验台和老练寿命试验台，寿命试验中需要对同一压敏的进行多次冲击放电，本发明通过电路控制，设定参数后，只需按动一次按钮，即可进行多次的寿命冲击试验，中间无需其他手工操作，大大提升了效率和安全性。4、改进了试验台外接的压敏电阻通流夹具，可保证人员进行夹具上了压敏电阻更换时，充电电路断路，如此时设备内储能电容内无能量，整个更换过程都不会出现电容充电并意外放电导致人员伤害的情况，大大提升了安全性。5、同时配备两种电压放电控制方式，可同时使用电位器设置放电电压或数字电压表控制，保证了即使某一种控制出现问题，设备依然能够正常放电，提高了安全性。同时，由于目前压敏电阻测试使用的冲击电流是由储能电容器放电提供的，测试中需要对电容器两端电压进行调节，此时采用数字式电压表控制放电会增加微调的繁杂性，反而不利于提高效率，使用电位器调节可以很好的微调出所需的电压，再由数字电压表控制批量试验，提高的工作的灵活性。6、附加了测试限制电压的功能，调整电路内电流至指定值后，可从限制电压测试端直接读出限制电压。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。
[0024]图1为国标规定的压敏电阻试验施加第一种脉冲电流的波形示意图；
[0025]图2为国标规定的压敏电阻试验施加第二种脉冲电流试验的波形示意图；
[0026]图3为本发明实施例所公开的一种雷电流冲击试验台的LCR电路图；
[0027]图4为本发明实施例所公开的一种雷电流冲击试验台的电气原理图。
【具体实施方式】
[0028]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029]本发明提供了一种雷电流冲击试验台，其工作原理是通过将雷电流冲击试验台设计为智能化控制，整个电容器充电、放电由电路控制，简化了面板操作，设定参数后只需按一次按钮即可完成电流冲击，试验台升压后人员可以远离试验台，大大提高了安全性。
[0030]下面结合实施例和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0031]实施例.[0032]一种雷电流冲击试验台，包括机箱、通流夹具、示波器和LCR放电电路板，所述机箱面板上设有总电源开关、单次冲击按钮、连续冲击按钮、时间继电器、计数继电器、输出端口、通流取样端口、限制电压取样端口、数字电压表、手动电位计旋钮、调压器旋钮和压敏通流夹具保护开关；所述机箱内部设有LCR放电电路板，所述LCR放电电路板与所述总电源开关、单次冲击按钮、连续冲击按钮、时间继电器、计数继电器、输出端口、通流取样端口、限制电压取样端口、数字电压表、手动电位计旋钮、调压器旋钮和压敏通流夹具保护开关电连接；在所述通流夹具内装入待测压敏电阻，并连接所述示波器至所述通流取样端口，再开启所述总电源，按下所述单次按钮，待所述试验台放电后观察波形，调整电压设定值直至电路出现指定峰值的8/20 y s波形，固定好电压设定值，装入下一批待测压敏电阻，对比通流试验后压敏电阻电压的前后变化。
[0033]其中，所述时间继电器为在连续冲击模式下，设定两次冲击的时间间隔的时间继电器；所述计数继电器为设定连续冲击的次数的计数继电器；所述输出端口与所述通流夹具串联连接，并对通流夹具内的压敏电阻进行冲击实验；所述通流取样端口外接所述示波器，并实测所述试验台的放电电流；所述限制电压取样端口经所述通流取样端口确定好能够产生规定波形的电压后，将所述示波器连接限制电压端口测试此电流波形下的限制电压；所述数字电压表显示储能电容两端实际电压，并控制所述LCR电路放电；所述手动电位计旋钮通过手动调节控制所述LCR电路的放电电压；所述调压器旋钮改变接入电路的次级线圈匝数调整升压上限；所述压敏通流夹具保护开关保证压敏夹具盒开启时，充电电路处于断路状态。
[0034]雷电流冲击试验台原理是通过为电容器充电，如图3所示，由电容器作为储能元件向一个包含电感、电阻、待冲击压敏的电路放电，选定电容器电容后，通过调整串联电阻和电感的大小,最终产生上述的8/20 ii s的脉冲电流。以下介绍放电电路的电流计算。
[0035]LCR电路计算:
[0036]初始条件:1。=0Vc=U0(I 式)
[0037]根据基尔霍夫电压定律:Vc+'+VK=0 (2式)
[0038]各器件电压电流关系Vc=Q/C Vl=LX (di/dt) Ve=IXR
[0039]代入2 式得 Q/C+Lx (di/dt)+ixR=0 (3 式)
[0040]将Vc记做u=Q/C,对其微分得，i=CX (du/dt),串联电路各处电流相等,带入3化简，最终的电路方程写作
[0041 ] u+LxCx (d2u/dt2) +RxCx (du/dt) =0
[0042]此方程为普通的二阶常系数微分方程，通过求解特征方程可求出电容电压的通解，由初始条件确定通解系数，进而求的线路内电流表达式，
[0043]根据8/20 y s波形特征，确定CLR的数学关系。
[0044]最终所得的放电电流与时间的函数关系为
[0045]I=CX (du/dt) =(_C)X (eat) X ( a 2+ 2) X (l/@)xsin@ txU0 a =-R/ 2L(6 =根号{[I/ (LC) ]-[ (R/(2L)2]) (4L>R2XC)
[0046]由电流峰值时的导数为0和20ii s时的电流与峰值比例50%，8ii s时的电流与峰值比例90%，可获得关于L、C、R、峰值时刻t的方程，选定电容器容量C后可尝试计算对应的LRt,以上的计算结果不是唯一确定的，而是LCRt的多种组合形式，需根据实际计算所得的电流波形进一步与国标对比来确认参数，这是通流放电电路的简单模型，具体LR的选择还需要考虑实际电路图的等效元件再进行调整。[0047]如图3所示，通流试验台具体操作过程为，待测压敏初始测量，连接通流夹具盒至输出端，在通流夹具内装入压敏电阻，连接示波器至通流端口，开启总电源，设定放电电压值，按下单次按钮，人员远离设备，待试验台放电后，观察波形，调整电压设定值直至电路出现指定峰值的8/20 μ S波形，固定好电压设定值，装入下一批待测压敏，对比通流试验后压敏电阻器电压的前后变化。如需要连续进行压敏电阻通流试验，只需设定两次冲击间的时间间隔和连续冲击的次数，其他同单次相同。当需要测试限制电压时，首先调整放电电压，确认放电电路电流波形符合规定值后，将示波器连接至限制电压端口，脉冲冲击后读数。
[0048]通流试验台的基本工作过程为，充电电路开关闭合，由变压器向储能电容充电，此时放电电路断路，变压器的交流高压经电阻与二极管产生的单向电流，电容器与电阻并联，依靠电阻两端电压充电。电容充电完毕后，由控制电路控制放电开关闭合，进行放电。放电电路中串联一个取样电阻，通过与此电阻并联的示波器记录电阻两端电压波形，再换算成电流后即可得到回路内实际电流，另外，输出端压敏电阻器两端并联了电阻，用于测试某一规定电流波形下的压敏电阻两端实际电压，即限制电压。
[0049]以下按照如图4所示的电路图详细介绍工作过程:
[0050]将电路图分为上下两个部分，上部分为整个通流试验台充放电部分，下部分为整个电路的控制部分。以下分别介绍。
[0051]将充放电电路分为4个部分。沿变压器中心线向左为第一部分，此部分用于向变压器提供220V交流电，向控制电路供电。其组成为:保险丝连接试验台总开关Kl，Kl连接控制电路变压器，为控制电路供电。Kl连接控制电路中继电器Jl的开关Jl-1，Jl-1串联开关Κ4后连接变压器，控制变压器升压。开关Κ4是外接通流夹具盒安装的保护开关，更换待冲击压敏样品时，打开夹具盒，开关Κ4断开，此时即使出现电路异常导致升压电路运行，也会由于升压电源断路而无法升压，保证了操作人员的安全，更换完毕后关闭夹具盒，Κ4闭合,此时整个电路重新正常工作。
[0052]沿电感L向左的部分为第二部分，此部分是储能电容的充电电路。变压器输出端的一端串联两个二极管，二极管与电阻R2、R3、R4、R5串联，R5与变压器输出端的另一端相连，储电电容一端并联在R2的下侧，另一端并联在R5下侧，储能电容有Cl、C2并联而成。R5两侧并联数字电压表DP4，由电压表读数，根据分压电路计算公式，可以计算出储能电容两端的实际电压。
[0053]由电感向右至输出端为充放电电路的第三部分，此部分为RLC放电电路，电感LI串联电阻R6，R6连接开关J522-1，J522由控制电路部分的继电器J522控制，开关J522-1连接输出端，雷电波试验台的外接设备(通流夹具)分别连接输出端的两个端口，即通流夹具串联在放电电路中，输出端串联取样电阻R7，R7连接在R5的下侧。取样电阻R7并联通流端口，通流端口连接示波器，观察电路中实际电流。
[0054]输出端右侧为第四部分，此部分用于限制电压的取样和测量。输出正端连接电阻R8，R8串联电阻R9，R9连接输出负端，电容C3并联电阻R8，电容C4并联电阻R9。电容C4并联限制电压测试端口。由电阻进行分压取样，加速电容进行勾边，改善脉冲波形前沿。
[0055]控制电路的描述较为复杂，以下按照各部分功能叙述。电位器虚框左侧是控制电路的第一部分，他负责为控制电路提供稳定的低压直流，此部分最左侧是由电压器连接四个二极管组成的桥式整流电路，输出端接地，作为整条线路的负极，另一输出端串联RlO和C5，由RlO C5组成的低通滤波器减少高频纹波，电容C6并联C5，由C6及Rll组成低通滤波器，进一步减少低频杂波，Rll为可变电阻一端与C6连接，一端接桥式整流负极，另一端与C7相连构成二级的高通滤波，完成整流。R12与C7并联构成RC电路，并联到C8两端，由R12向后方连接的继电器控制电路直接提供电压，CS用于比较电位器滤波稳压。
[0056]电位器虚线框及下方为控制电路的第二部分，在此部分说明电路控制充放电的原理，整个虚线框内的电路构成比较电位器，比较电位器由R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19和C9构成，其内部具体连接方式不再繁述，比较器的输入端R16连接至充放电电路的R3下侦牝由此处取样后判定，当取样电压小于比较器设定电压时，输出端7的电位为24V，当取样电压达到设定电压时，输出端7的电位为O。电位比较器电阻R19下端串连三极管基极，同时串联由DP4控制的开关，DP4开关与三极管发射极均连接到电路负极。比较电位器与DP4开关的作用都是相同的，比较电位器通过使输出端7的电压为零将三极管基极电流截断，DP4通过开关闭和后将三极管基极和发射级短路，使三极管基极电流截断，二者的作用是相同的，后一部分会介绍三极管基极电流截断如何控制整个充放电过程。
[0057]虚线框右侧为整个控制电路的第三部分，是具体实现控制的部分。具体连接方式不再列出，按照单次冲击、连续冲击的两种操作方式描述操作过程。接通总电源K1，此时控制电路中J1-4J 2-1开关闭合，继电器J6感受到电压，J6-1开关闭合，J522线包感受到电压，放电电路的开关J522-1闭合，电容器通过R8 R9电阻放电，确保了人员开始操作时电容器内电量被放掉。在电源被接通的同时还有J1-3闭合，继电器J2 J3线包通电，J2为延时继电器，设定时间为ls，Is后，J2线包感应到电压开始做动，开关J21断开，导致J6线包断电，进而J6-1断开，J522-1断开，整个放电时间持续ls，达成了开机以后将电容器放电Is的作用。线包J3感受到J13接通时的电压，经20S后，J3-1闭合(对于单次冲击来说，J3-1闭合无意义，其主要作用用于控制连续冲击电路)
[0058]按下单次按钮K2，Jl线圈感受到电压，此时J1-2闭合Jl出现自锁，Jl-1闭合，J1-4断路J1-3断路，(J1-1闭合，充电电路开始充电)，(J1-4断路，继电器J2 J3断路，J2复位，电源开启时、电容Is放电时断开的J2-1重新闭合)，(J1-3断路，此时J2-1已闭合但J6线包前仍是断路的，不会导致S522-1意外闭合放电)。充放电电路开始充电，当充电至指定电压时，数字电压表DP4闭合开关DP4，此时三极管基极与发射极连通，基极无电流输出，造成三极管集电极也无电流流过，与三极管相连的Jl线包线包断电，此时J1-2断电(Jl线包不再出现自锁)，J1_1断电(充电停止)，J1_4闭合(此前J2-1已闭合，线包J6通电，开关j6-l闭合，继电器J522线包通电，开关J522闭合，此时充放电电路的储能电容放电，进行脉冲冲击)，J1-3闭合(线包J2通电，延时Is后做动，Is后J2-1断开，J6线包无电压，进而控制开关J522-1断开，放电持续时间为1S。)此时整个控制电路继电器开关状态与到开启总电源初次放电后的状态相同，可以进行下一轮的脉冲冲击试验。(DP4开关或者电位比较器的作用相同，都在于使三极管集电极无电流，线包Jl断路)
[0059]设定J5计数器次数(进行连续冲击的次数)，两次冲击的间隔时间(J3延时启动的时间，电路图标注为20S，自身可设置)。初次启动电源开关，经J3设定的时间后(电路图为20s), J3-1已闭合。此时按下连续开关K3后，J4线包通电，J4-3闭合(J4自锁)，J4-2闭合(J5通电，计数器j5可记录DP4开关的闭合次数)，J4-1闭合，(此前J3-1已闭合，J4-1J3-1支路通路，Jl线包感受到电压，J1-2自锁，此后的做动情况与按下单次开关时相同，J4-1 J3-1所起到的作用等效于按下K2，线包Jl通电，Jl-1闭合，电路充电，J1-2闭合，Jl自锁，J1-4断开，J1-3断电，J2 J3无电压，J2-1复位闭合，J3-1复位断开，当充电电压达到设定值时，DP4闭合(或电位器控制使三极管基极处电压为O)计数器J5端口 I和10短接，计数一次，Jl线包无电压，Jl-1断开，充电停止，J1-2断开，自锁结束，J1-3闭合，J2 J3线包通电，J1-4闭合，J6控制J522-1闭合，电路放电，持续IS后J2做动，控制J6线包断电，J522-1断开，放电结束，此时由于J4始终处于自锁状态，J4-1仍然闭合，放电时因J1-3闭合，J3线包感受到电压，经J3设定的时间(电路图为20S)后，J3-1闭合，此时J4-1 J3-1支路通路，J3-1闭合再次等效于按下单次按钮Κ2，此时各个继电器的开闭状态与第一次连续冲击时的各继电器开关状态完全相同，第二轮加压放电开始，两轮加压间隔时间为J3的设定时间，多轮放电持续进行，直至DP4开关闭合次数达到计数器设定，此时计数器J5控制开关J5断电，线包J4所在支路断电，J4线包无电压，J4-3断路(J4自锁结束)J4-2断路(计数器线包所在支路断路，计数器不再做动)J4-1断路，下一个J3设定时间后，J3-1闭合，整条支路仍是断路，不再有脉冲产生。以上便是整个雷电波试验台的整个操作过程。
[0060]通过上述技术方案，本发明通过将雷电流冲击试验台设计为智能化控制，具有以下优点:1、整个电容器充电、放电由电路控制，简化了面板操作，设定参数后只需按一次按钮即可完成电流冲击。2、试验台升压后人员可以远离试验台，之前的试验台需手工按动试验台面板的放电开关，面板与试验台放电端过于接近，容易发生安全事故，改进后人员按下启动按钮后即可离开，放电时人员距离放电夹具有一定距离，大大提升了安全性。3、整合了普通的通流测试试验台和老练寿命试验台，寿命试验中需要对同一压敏的进行多次冲击放电，本发明通过电路控制，设定参数后，只需按动一次按钮，即可进行多次的寿命冲击试验，中间无需其他手工操作，大大提升了效率和安全性。4、改进了试验台外接的压敏电阻通流夹具，可保证人员进行夹具上了压敏电阻更换时，充电电路断路，如此时设备内储能电容内无能量，整个更换过程都不会出现电容充电并意外放电导致人员伤害的情况，大大提升了安全性。5、同时配备两种电压放电控制方式，可同时使用电位器设置放电电压或数字电压表控制，保证了即使某一种控制出现问题，设备依然能够正常放电，提高了安全性。同时，由于目前压敏电阻测试使用的冲击电流是由储能电容器放电提供的，测试中需要对电容器两端电压进行调节，此时采用数字式电压表控制放电会增加微调的繁杂性，反而不利于提高效率，使用电位器调节可以很好的微调出所需的电压，再由数字电压表控制批量试验，提高的工作的灵活性。6、附加了测试限制电压的功能，调整电路内电流至指定值后，可从限制电压测试端直接读出限制电压。
[0061]本发明在上述技术方案的基础上，还可以做下面的改进:目前的LCR放电电路是一种LCR参数的固定组合，以下设计针对实际使用中发现的情况进行了改进，在LCR电路中，电感的作用在于延迟电路内电流变化，电容器初始放电时，电路电流由O升至峰值，此时电感产生的感应电动势与电流方向相反，电感储能，抑制了电流增加，电流通过峰值之后，电感的感应电动势与电流方向相同，电感电流与电容放电电流叠加，延缓了电流减小。由于实际电路元件并非理想元件，在实际使用中，不同的电容放电电压下，由于寄生电容(如压敏电阻的等效电容，电阻的寄生电容等等)、压敏、电感、电容等效电阻等回路分布参数的影响，实际的电流波形出现了畸变，在小电流时，此情况尤其严重。
[0062]实际使用中出现的问题是:Τ2极易出现正向超差(Τ2大于20μ S，国标规定的允许时间误差为±10%)，在调整元件参数使T1T2达标后，改变电容器放电电压后，极易再次出现Tl合格T2超差，从而影响了量程的范围。
[0063]因此本发明提出了两段式的放电方式，整个放电过程并非完全由固定的LCR进行，电流出现峰值之前的部分由正常的LCR放电，此时前段电流波形仍是8 ii S波，后段易出现T2正向超差，在改良后的第二段，即在冲击电流经过峰值后，本发明接入的电感储能释放电路，加速了电感能量的释放，相对缩短了后半段电流下降的时间，起到减小T2，产生最终合格波形的作用。
[0064]关于不同初始电容器放电电压下出现T1T2畸变的解释:由上文的推导公式可见固定的LCR下，初始电容放电电压对波形无影响，但实际并非如此，在不同的电容放电电压下，实际电路的LCR发生变化，导致了 8/20 y s波的畸变，限制了设备的适用范围(设备不同档位对应相应的量程)。例如，当调整设备元件参数，使冲击电流为IOKA时，Tl、T2均符合误差要求，在不确定参数如何变化的情况下，假设，当输出较低的冲击电流时，如果此时电路的整体等效电阻升高，则由电感时间常数L/R推断，电感储能时间将减小，即电流由0升至峰值的时间减小，Tl也随之减小。电阻升高时，电容时间常数RC增大，电容放电时间延长，伴随电感储能时间减短，放电时间将进一步延长，也就意味着T2将增大。如果输出低冲击电流时，电路整体等效电阻不是升高，而是降低的，情况将相反，Tl增大，T2减小。从实际的变化情况看，在冲击电流1000A至8000A的范围内，随着冲击电流峰值的减小，电路整体等效电阻可以看做是升高的，即随着电流峰值减小，Tl减小，T2增大。另外，电容、电感同样可以看做随电压而变化，这一现象限制了设备的量程(固定好LCR后，设备提供的波形仅在某一范围内是符合国家标准的)。因此，本发明设计了一种简便有效的电路，解决上述问题，使设备在1000A至8000A范围内都能够提供合乎国标的冲击电流波形。
[0065]本设备设计时选用的是保证高冲击电流峰值时使T1T2符合国标的LCR组合，在峰值电流降低后，Tl减小，T2增大，一般Tl的下降不大，在1000A时，Tl靠近国标规定的下限，但仍符合国标，T2的延时较为明显，因此本发明设计了电感储能释放电路，加速电感能量的释放，减小T2时间，使T1T2符合国标要求。本发明的L磁场能释放电路的难点在于必须于冲击电流峰值时立即接入，未接入前不影响电感L的工作，释放器接入不可提前及延后，否则必将使冲击电流波形发生畸变。电路需要包含正向隔离，峰值检测、反向导通、接入释放磁场能等项功能，但电路必须简单，不能增加故障率，本发明做到了这一点。
[0066]本发明针对电感的感应电动势的电压极性变化，在电感两端并联一个二极管串联电阻的电路，当Tl工作时间内二极管反向偏置，对放电回路未发生影响。冲击电流过峰值后，电流呈下降趋势，电感的感应电动势立即转向，这时二极管导通，磁场能得到释放，无法与放电电流叠加以拉大T2。改进后的电路如图4所示。
[0067]另外，本发明针对现有技术中的压敏电阻冲击电流测试时，使用小的冲击电流时，波形畸变的问题，提出解决办法(波形畸变校正器)
[0068]现有技术一般采用RLC电路进行冲击放电，通过不同档位(调整RLC参数)，输出符合国家标准的8/20 ii s雷电流冲击波形，在输出小的冲击电流时(如峰值5A)，由于回路分布参数，包括被测压敏电阻的等效电容，限制电压容抗分压电路的电容量等因素的影响，电流波形出现严重的畸变，T1T2均大大超标，例如峰值电流5A时，T2可达37 ii，超标85%。本发明(波形畸变校正器)必须使宏观回路处于低阻抗工作状态，(因小冲击电流时压敏电阻器已形成等效电阻，以减小回路分布参数及被测参数对放电时的影响，为此，本发明采用的分流电路，在取样电阻R7及被测器件两端跨接电阻，跨接后并入后，被测器件实际为整个LCR放电电路的一个小分支，例如对5A的冲击电流而言，干路实际电流为几十安培，而压敏所在支路电流为5A，提高干路电流，减小了依赖于回路电流的参数变化，校正了波形。
[0069]8/20 μ s波为模拟的雷电波，直接施加到人体将导致伤亡事故。而本发明具有一下优点:1、简化了控制面板，减少了操作按钮，单次冲击只需按动一次按钮，设定好冲击次数和间隔时间后，连续冲击只需一次按钮即可完成，操作简便，误操作可能性低。2、试验台升压后人员可以远离试验台，放电时人员距离放电夹具有一定距离，大大提升了安全性。3、通过电路控制可对同一压敏的进行多次冲击放电，设定参数后，只需按动一次按钮，无需其他手工操作，大大提升了效率和安全性。4、改进了试验台外接的压敏电阻通流夹具，可保证人员进行夹具上了压敏电阻更换时，充电电路断路，如此时设备内储能电容内无能量，整个更换过程都不会出现电容充电并意外放电导致人员伤害的情况，大大提升了安全性。5、同时配备两种电压放电控制方式，可同时使用电位器设置放电电压或数字电压表控制，保证了即使某一种控制出现问题，设备依然能够正常放电，提高了安全性。6、附加了测试限制电压的功能，调整电路内电流至指定值后，可从限制电压测试端直接读出限制电压。7、在LCR电路中增设冲击电流过峰值后L磁场能释放电路，改善雷电波冲击电流的波形时间误差，提高了测试设备精度，并扩大了设备的量程。8、加入了小电流波形畸变校正电路，提高了设备精度。9、只需设定冲击次数与间隔时间，按动一次按钮，即可进行需要进行多次冲击的寿命试验，提高了操作的简便性，做到一物多用。
[0070]以上所述的仅是本发明的一种雷电流冲击试验台优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种雷电流冲击试验台，其特征在于，包括机箱、通流夹具、示波器和L C R放电电路板，所述机箱面板上设有总电源开关、单次冲击按钮、连续冲击按钮、时间继电器、计数继电器、输出端口、通流取样端口、限制电压取样端口、数字电压表、手动电位计旋钮、调压器旋钮和压敏通流夹具保护开关；所述机箱内部设有LCR放电电路板，所述LCR放电电路板与所述总电源开关、单次冲击按钮、连续冲击按钮、时间继电器、计数继电器、输出端口、通流取样端口、限制电压取样端口、数字电压表、手动电位计旋钮、调压器旋钮和压敏通流夹具保护开关电连接；在所述通流夹具内装入待测压敏电阻，并连接所述示波器至所述通流取样端口，再开启所述总电源，按下所述单次冲击按钮，待所述试验台放电后观察波形，同时调整电压设定值直至电路出现指定峰值的8/20y s波形，固定好电压设定值，装入下一批待测压敏电阻，并对比通流试验后压敏电阻电压的前后变化。
2.根据权利要求1所述的一种雷电流冲击试验台，其特征在于，所述时间继电器为在连续冲击模式下，设定两次冲击的时间间隔的时间继电器。
3.根据权利要求2所述的一种雷电流冲击试验台，其特征在于，所述计数继电器为设定连续冲击的次数的计数继电器。
4.根据权利要求3所述的一种雷电流冲击试验台，其特征在于，所述输出端口与所述通流夹具串联连接，并对通流夹具内的压敏电阻进行冲击实验。
5.根据权利要求1所述的一种雷电流冲击试验台，其特征在于，所述通流取样端口外接所述示波器，并实测所述试验台的放电电流。
6.根据权利要求1所述的一种雷电流冲击试验台，其特征在于，所述限制电压取样端口经所述通流取样端口确定好能够产生规定波形的电压后，将所述示波器连接限制电压端口测试此电流波形下的限制电压。
7.根据权利要求1所述的一种雷电流冲击试验台，其特征在于，所述数字电压表显示储能电容两端实际电压，并控制所述LCR电路放电。
8.根据权利要求1所述的一种雷电流冲击试验台，其特征在于，所述手动电位计旋钮通过手动调节控制所述LCR电路的放电电压。
9.根据权利要求1所述的一种雷电流冲击试验台，其特征在于，所述调压器旋钮改变接入电路的次级线圈匝数调整升压上限。
10.根据权利要求1所述的一种雷电流冲击试验台，其特征在于，所述压敏通流夹具保护开关保证压敏夹具盒开启时，充电电路处于断路状态。
【文档编号】G01R31/00GK103809040SQ201210309940
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月6日 优先权日:2012年11月6日
【发明者】方弋 申请人:昆山万丰电子有限公司