专利名称：混合波形发生器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电磁兼容测试技术领域，特别涉及1.2/50-8/20μs混合波形发生器的设计。
随着科学技术的不断发展，由大规模和超大规模电集成电路构成的设备越来越广泛应用于社会生活的各个角落，影响着人们的生活。但是，现代计算机、通讯、控制设备极易受到电源线和数据线上的电磁脉冲干扰，造成设备损坏及业务中断，带来巨大的损失。在设备的入口装设过电压防护装置是抵御干扰的一种行之有效的方法。因此，对过电压防护装置进行冲击试验，从而得到在自然条件中的雷电过电压或操作过电压侵入波作用下的保护特性，就是必不可少的了。
传统的对过电压防护装置的冲击试验是不完善的一般仅测试防护装置通过8/20μs的冲击电流的情况。而将1.2/50μs的冲击电压用于测试电介质的基本冲击水平(basic impulse level)，认为试品在绝缘击穿前基本相当于开路情况。但是，某些情况下试品阻抗特性可能未知；而试品内部冲击保护元件动作，产生箝位或短路作用，或者绝缘闪络、元件击穿都会引起试品阻抗特性在冲击作用下发生变化。更重要的是，对于雷击引起的浪涌，开路电压和短路电流仅是同一现象的两个不同方面。当试品在真实电磁冲击环境中，阻抗发生变化，由高阻抗变为低阻抗时，原来的冲击电压立即转化成冲击电流，这个电流实际上影响了流过试品的冲击波的幅值和特性。
原有的一种冲击电压发生装置由充电回路、放电回路及其它控制、测量回路组成。其核心部分是放电回路。放电回路包括主电容C1放电开关和由R1R2R3C2组成的电阻电容网络。主电容C1的低压端接地，高压端经放电开关与电阻电容网络并联；电阻电容网络的结构是R2R3串联与C2并联后再与R1串联，R3与C2公共端接地，输出端的电压取自R3上的电压。
图1是ANSI/IEEE C62.41-1980IEEE Guide for Surge Voltages in Low-Voltage AC Power Circuits中附录C中给出的10kV 1.2/50/μs冲击电压发生器放电回路的原理图，图中，C1＝0.025μF，C2＝0.002μF，R1＝250Ω，R2＝5Ω，R3＝3kΩ。该冲击电压发生器的原理是；通过充电回路向主电容C1充电，闭合开关k，主电容通过R1、C2、R2、R3放电，在输出端AB上的开路电压就是1.2/50μs的冲击电压波形。
图2(a)是仿真出的开路电压波形，为1.2/50μs的冲击波形，电容C1上的充电电压为15kV时，输出电压峰值约为12.5kV；图2(b)是仿真出的短路电流波形，在相同的充电电压下，输出的短路电流峰值只有近60A。可见，原有的冲击电压发生装置输出的短路电流很小，不能模拟真实的电磁环境。用单一波形来模拟真实电磁环境的做法不再适用。
为此，在IEEE C62.41-1991、IEEE Std C62.45-1992等国际标准中规定使用混合波形作为对过电压水平处于Cat B.和Cat C.的设备进行测试的标准波形。
在上述的国际标准中，定义混合波形发生器产生的波形应符合在开路时产生1.2/50μs的电压波形，在短路时产生8/20μs的电流波形，带负载后的实际波形由发生器的性质和负载的性质共同决定。规定有效信源阻抗，即开路电压和短路电流的峰值比为2。冲击波形参数的定义遵照IEC 60-2(1973)和IEEE Std4-1978中对冲击电压和冲击电流波形的定义。
各参数的误差范围如下开路电压波形波头时间1.2μs±0.36持续时间50μs±10μs短路电流波形波头时间8μs(+1.0，-2.5)μs持续时间20μs(+8，-4)μs有效信源阻抗(Vp/Ip)2.0Ω±0.25Ω测试时对规定的开路电压峰值或短路电流峰值允许有±10％的偏差。
本实用新型的目的在于为克服已有技术的不足之处，设计制造出符合国际标准的混合波形发生器，以用于设备在电磁兼容方面的测试。
本实用新型提出一种混合波形发生器，由充电回路、放电回路及其它控制和测量回路组成，所说的放电回路包括主电容CS。放电开关，其特征在于，还包括由R1、R2、L组成的电阻电感网络；所说的主电容CS的低压端接地，高压端经所说的放电开关与所说的电阻电感网络并联；该电阻电感网络的结构是Rd、R2、L串联后与R1并联，R1与R2的公共端接地，R2上的电压为输出电压。所说的参数的范围为主电容CS0.1--32微法；电感L 0.1--40微亨；电阻R1 0.1--100欧姆；电阻R2 0.1--100欧姆；电阻Rd 0.05--20欧姆.
本实用新型所述的1.2/50-8/20μs混合波形发生器的工作原理如图3所示。图中，CS是主电容，L是主电感，R1、R2是放电电阻，Rd是阻尼电阻。其中设各元件的电性能参数是CS＝5.75μF；L＝11μH；R1＝21Ω；R2＝26Ω；
Rd＝0.78Ω。
本实用新型产生冲击波形的原理是当CS上充有直流电压E时，触发控制开关S使其闭合，CS将通过Rd向L充电，同时向R1放电，L充电以后也向R1放电，这样可以在AB端口上产生充放电的过渡过程，调节各参数，就可以得到标准波形。
用以上参数通过EMTP程序仿真形如图4所示，计算出的波形参数为电压波形的波头时间1.219100μs波尾时间49.719990μs电流波形的波头时间8.029122μs波尾时间19.858260μs有效信源比为2.00这些波形参数均符合IEEE C62.41-1991等国际标准的要求。
附图简要说明图1为已有技术的1.2/50μs冲击电压发生器原理图。
图2a为图1的冲击电压发生器的仿真出的开路电压波形示意图。图2b为图1的冲击电压发生器的仿真出的短路电流波形示意图。
图3为本实用新型的1.2/50-8/20μs混合波形发生器放电回路的原理图。
图4a为本实用新型的开路电压输出波形仿真示意图。
图4b为本实用新型的短路电流输出波形仿真示意图。
图5为本实用新型的实施例电路结构示意图。
本实用新型设计的一个混合波形发生器的实施例如图5所示，结合附图详细说明如下。
本实施例发生器由充电回路、放电回路和测量回路组成。
(1)充电回路充电回路是由电源开关S1、保险管、自耦调压器T1、升压调压器T2、硅堆D、保护电阻R和主电容CS组成的半波整流回路。由升压调压器高压侧来的交流充电电压u＝umsinωt经整流元件、保护电阻R向电容CS充电。
电源开关S1是带氖灯的单刀双掷开关。
自耦调压器T1为北京调压器厂生产的单相自耦调压器，额定输入电压220V，调压范围从0到220V，容量为100W。
升压变压器T2的额定值为220/2500V-100W。
硅堆D采用北京天润高压器件厂生产的2DL5/0.02型硅堆。
保护电阻R为150kΩ。
(2)放电回路主电容采用北京电力电容器厂生产的脉冲电容器CS＝8.136μF，Un＝＝2.5kVdc。
放电电阻和电感为自制，电阻为无感绕法，10MHz下，R1的电阻值为10.88Ω，电感为0.29μH，R2的电阻值为30.04Ω，电感为0.82μH，Rd和L共同的电阻值为2.05Ω，电感为9.70μH。放电开关采用机械按钮开关。
(3)测量回路测量回路包括两部分，即充电电压测量回路和输出波形测量回路。
1)充电电压测量回路主要是为了同步测量电容上的电压，并根据放电波形的峰值与充电电压的关系初步估计输出波形的峰值。
回路由分压器和数字电压表组成。分压器的1，0两端分别接到电容的两端，低压臂2，0之间接数字电压表。
分压器高压臂电阻R高为2W的10MΩ，低压臂电阻R低为1/8W的10kΩ。分压器经3kV1.0级电压表校准，分压比为1000。
数字电压表采用北京无线电技术研究所研制生产的3501C型数字面板表，精度为三位半。
2)输出波形测量回路输出电压波形由Tektronix公司生产的P5100 2500V 250MHZ示波器探头输入该公司生产的TDS 210双通道数字实时示波器，并通过TDS2CM扩展模块输入计算机，用Wavestar软件进行处理。
输出的电流波形用罗可夫斯基线圈输入数字示波器，同样可以将波形存入计算机并处理。
TDS 210数字实时示波器的带宽为60MHz，每个波道有1GS/s的采样率和2500个点的记录长度，可以测量峰值，并有温度补偿功能。
罗可夫斯基线圈自制，其变比是1.31kA/V。本实施例的工作过程先将负载连接到输出端AB上，再将电源开关S1闭合，缓慢调节自耦变压器T2的原边，向主电容CS充电，同时观察面板上的数字电压表，电压表的读数为主电容上的电压值，单位为kV，当电压为所需的值时，闭合放电开关S2，负载上的波形就为1.2/50-8/20μs混合波形。
本实施例的作用和效果开路电压的波形为1.07/51.1μs，满足IEEE要求短路电流的波形为7.96/22.89μs，满足IEEE要求。
权利要求1.一种混合波形发生器，由充电回路、放电回路及其它控制和测量回路组成，所说的放电回路包括主电容CS，放电开关，其特征在于，还包括由R1、R2、L组成的电阻电感网络；所说的主电容CS的低压端接地，高压端经所说的放电开关与所说的电阻电感网络并联；该电阻电感网络的结构是Rd、R2、L串联后与R1并联，R1与R2的公共端接地，R2上的电压为输出电压。
2.如权利要求1所述的混合波形发生器，其特征在于，所说的参数的范围为主电容CS0.1--32微法；电感L 0.1--40微亨；电阻R1 0.1--100欧姆；电阻R2 0.1--100欧姆；电阻Rd 0.05--20欧姆。
专利摘要本实用新型属于电磁兼容测试技术领域由充电回路、放电回路及其它控制和测量回路组成,所说的放电回路包括主电容C
文档编号G01R31/00GK2368041SQ99201288
公开日2000年3月8日 申请日期1999年2月4日 优先权日1999年2月4日
发明者陈水明, 刘荣 申请人:清华大学