一种基于多级MARX放电回路的冲击电压校准装置及方法与流程

本发明涉及电气测量，更具体地，涉及一种基于多级marx放电回路的冲击电压校准装置及方法。

背景技术：

1、冲击电压测量装置是电气设备进行冲击电压耐受试验的关键测量设备，其测量准确性直接影响电力设备的安全性和经济性，而保证量值准确性、一致性的有效方法就是量值溯源，通过具有规定不确定度的不间断的锁链，使测量结果溯源到国家标准或国际标准。近年来随着计量技术的不断发展、质量管理系统的不断完善，且我国测量设备的出口量与日俱增，各企业、研究院所对冲击测量设备的峰值和时间参数的量值溯源更加重视，需要不断提升我国冲击电压标准测量装置技术能力和水平。

2、标准冲击分压器是冲击电压量值溯源中的关键设备，作为参考标准将标准量值传递给各级冲击电压测量设备装置，而标准冲击分压器自身的量值溯源则是通过冲击电压校准器来实现的。冲击电压校准器是输出准确时间参数及峰值参数的标准设备。在冲击电压量值传递时，冲击电压校准器输出标准电压波形至冲击电压分压器，通过对冲击电压分压器实测波形参数与冲击电压校准器输入参数的比对，得到冲击电压分压器的标定刻度因数及时间参数误差。

3、冲击电压校准器一般包括充电单元及波形形成回路，为了保证充电及放电的准确性，校准器回路中还包括充电反馈模块及触发模块。其波形形成回路中一般包括储能电容、负载电容、波头电阻、波尾电阻及回路放电开关。为了保证冲击电压校准器输出电压波形的准确及稳定性，通常选取温度系数小、长期稳定系数优良的电容、电阻器件，并选用导通时间小(一般为ns级)、导通电阻稳定的继电器作为回路开关。在搭建冲击电压校准器前，需根据理论计算值选取参数准确的校准器回路各部分器件，并对回路各部分元器件参数进行准确测量，以确定冲击电压校准器的实际输出波形参数。目前常用水银继电器或mosfet作为冲击电压校准器的回路放电开关，但水银继电器存在不环保的问题，而单级的mosfet开关电压一般在1kv以下，多片mosfet串联使用又存在导通不一致的问题，因此目前国际上冲击电压校准器的额定电压一般在1kv以下，当采用1kv的冲击电压校准器对500kv及以上的冲击分压器进行参数标定时，分压器的分压比通常在1000：1以上，此时分压器输出电压低于1v，标定试验结果存在信噪比低，测量准确度不高的问题，同时标定冲击电压与冲击分压器的额定电压相差太远，标定结果不能完全反映冲击分压器在高压下的参数特性，影响冲击电压量值的测量准确性。

4、现有技术中常用的冲击电压校准器的波形形成回路为单级marx放电回路，波形形成回路中选用温度系数小、长期稳定性优良的电容、电阻器件作为冲击电压校准器的回路组成元件，采用水银继电器或者mosfet作为冲击电压校准器的回路放电开关，其输出电压一般不超过1000v。然而，当冲击电压校准器选用水银继电器作为回路开关时，由于水银继电器的额定电压仅为500v、电压较低，且因为环保问题，目前水电继电器处于停产状态，若继电器故障，则无法对校准器本体进行维修及更新。当冲击电压校准器采用mosfet作为放电开关时，单级电压不超过1000v，而多级mosfet的同步导通触发技术目前无法实现，因此冲击电压校准器中采用单个mosfet时，其最高电压也仅能达到1000v，无法进一步提高冲击电压校准器的额定电压水平，对冲击电压分压器进行标定时，存在测量电压信噪比过低，标定结果准确度不高的问题。

5、因此，需要一种技术，以建立基于多级marx放电回路的冲击电压校准装置。

技术实现思路

1、本发明技术方案提供一种基于多级marx放电回路的冲击电压校准装置及方法，以解决如何基于多级marx放电回路对冲击电压进行校准的问题。

2、为了解决上述问题，本发明提供了一种基于多级marx放电回路的冲击电压校准装置，所述装置包括：控制模块、直流充电模块、多级marx回路、多级mosfet光耦隔离触发模块、fpga时序控制模块、充电反馈模块；

3、所述控制模块用于设置与所述装置连接的冲击分压器的负载参数，基于所述负载参数，确定所述直流充电模块的充电电压参数；

4、基于所述充电电压参数，通过所述fpga时序控制模块触发多级marx回路中每一级marx回路中的充电控制mosfet开关，直流充电模块向多级marx回路充电；每一级marx回路包括依次连接的波头电阻、储能电容、充电控制mosfet开关、波尾电阻以及放电导通mosfet开关；

5、所述多级marx回路的级数至少为2级；所述多级marx回路中的每一级marx回路通过二极管串联，每一级marx回路中通过储能电容进行并联充电；

6、所述fpga时序控制模块设置每一级marx回路中放电导通mosfet开关的导通时延；

7、所述充电反馈模块用于向所述控制模块实时反馈每一级marx回路中储能电容的充电电压，当充电电压达到预设阈值时，基于所述每一级marx回路中放电导通mosfet开关的导通时延，触发每一级marx回路中的放电导通mosfet开关，多级marx回路同时串联放电，经由冲击分压器向负载叠加输出电压。

8、优选地，基于输出电压的需求数值，设置多级marx回路的级数。

9、优选地，包括：基于所述冲击分压器连接负载的负载参数、所述多级marx回路的效率值，计算每次充电电压的预设阈值。

10、优选地，所述多级marx回路中的第一级marx回路中的放电导通mosfet开关连接于所述直流充电模块的高压端，所述多级marx回路中的最末级marx回路中的充电控制mosfet开关连接于所述直流充电模块的低压端，其余级数的放电导通mosfet开关以及充电控制mosfet开关初始状态时处于悬浮电位。

11、优选地，其中确定每一级marx回路中放电导通mosfet开关的导通时延，包括：

12、调整每一级marx回路中的波头电阻及波尾电阻，使得每一级marx回路的导通时间分散性与其余级数marx回路的导通时间分散性之间差值的和达到最小；

13、基于每一级marx回路的导通时间分散性，通过所述fpga时序控制模块设置每一级marx回路中放电导通mosfet开关的导通时延，使得每一级marx回路的导通时间差值在预设的时间差阈值内。

14、优选地，包括：

15、调整每一级marx回路中的波头电阻以及波尾电阻，输出多种时间参数的标准雷电冲击电压及标准操作冲击电压。

16、基于本发明的另一方面，本发明提供一种基于上述的装置对冲击电压进行校准的方法，所述方法包括：

17、通过控制模块设置与装置连接的冲击分压器的负载参数，基于所述负载参数，确定直流充电模块的充电电压参数；

18、基于所述充电电压参数，通过fpga时序控制模块触发多级marx回路中每一级marx回路中的充电控制mosfet开关，直流充电模块向多级marx回路充电，每一级marx回路中通过储能电容进行并联充电；

19、通过fpga时序控制模块设置每一级marx回路中放电导通mosfet开关的导通时延；

20、通过充电反馈模块向所述控制模块实时反馈每一级marx回路中储能电容的充电电压，当充电电压达到预设阈值时，基于每一级marx回路中放电导通mosfet开关的导通时延，触发每一级marx回路中的放电导通mosfet开关，多级marx回路同时串联放电，经由冲击分压器向负载叠加输出电压。

21、优选地，基于输出电压的需求数值，设置多级marx回路的级数。

22、优选地，包括：基于冲击分压器连接负载的负载参数、所述多级marx回路的效率值，计算每次充电电压的预设阈值。

23、优选地，所述多级marx回路中的第一级marx回路中的放电导通mosfet开关连接于所述直流充电模块的高压端，所述多级marx回路中的最末级marx回路中的充电控制mosfet开关连接于所述直流充电模块的低压端，其余级数的放电导通mosfet开关以及充电控制mosfet开关初始状态时处于悬浮电位。

24、优选地，其中确定每一级marx回路中放电导通mosfet开关的导通时延，包括：

25、调整每一级marx回路中的波头电阻及波尾电阻，使得每一级marx回路的导通时间分散性与其余级数marx回路的导通时间分散性之间差值的和达到最小；

26、基于每一级marx回路的导通时间分散性，通过所述fpga时序控制模块设置每一级marx回路中放电导通mosfet开关的导通时延，使得每一级marx回路的导通时间差值在预设的时间差阈值内。

27、优选地，包括：

28、调整每一级marx回路中的波头电阻以及波尾电阻，输出多种时间参数的标准雷电冲击电压及标准操作冲击电压。

29、基于本发明的另一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行基于上述的装置对冲击电压进行校准的方法。

30、基于本发明的另一方面，本发明提供一种电子设备，所述电子设备包括：处理器和存储器；其中，

31、所述存储器，用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

32、所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现上述的装置对冲击电压进行校准的方法。

33、本发明技术方案提供一种基于多级marx放电回路的冲击电压校准装置及校准方法，其中装置包括：控制模块、直流充电模块、多级marx回路、多级mosfet光耦隔离触发模块、fpga时序控制模块、充电反馈模块；控制模块用于设置与装置连接的冲击分压器的负载参数，基于负载参数，确定直流充电模块的充电电压参数；基于充电电压参数，通过fpga时序控制模块触发多级marx回路中每一级marx回路中的充电控制mosfet开关，向多级marx回路充电；每一级marx回路包括依次连接的波头电阻、储能电容、充电控制mosfet开关、波尾电阻以及放电导通mosfet开关；多级marx回路的级数至少为2级；多级marx回路中的每一级marx回路通过二极管串联，每一级marx回路中通过储能电容进行并联充电；fpga时序控制模块设置每一级marx回路中放电导通mosfet开关的导通时延；充电反馈模块用于向控制模块实时反馈每一级marx回路中储能电容的充电电压，当充电电压达到预设阈值时，基于每一级marx回路中放电导通mosfet开关的导通时延，触发每一级marx回路中的放电导通mosfet开关，多级marx回路同时串联放电，经由冲击分压器向负载叠加输出电压。本发明技术方案基于现有电压等级的电容、电阻及mosfet器件，通过调整冲击电压校准器组成结构来大幅度提升冲击电压校准器的输出电压，通过优化多级mosfet触发方法保证多mosfet开关的同步导通，最终大幅度提高冲击分压器标定试验结果的信噪比和可信度，减小冲击电压量值溯源的测量不确定度，提高我国冲击电压标准测量系统的技术水平。