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1、(10)申请公布号 CN 103399263 A (43)申请公布日 2013.11.20 CN 103399263 A *CN103399263A* (21)申请号 201310314942.2 (22)申请日 2013.07.24 G01R 31/12(2006.01) (71)申请人 西安交通大学 地址 710049 陕西省西安市咸宁西路 28 号 (72)发明人 姚学玲 陈景亮 (74)专利代理机构 西安通大专利代理有限责任 公司 61200 代理人 蔡和平 (54) 发明名称 浪涌保护模块直流参数的综合测量系统及其 测量方法 (57) 摘要 浪涌保护模块直流参数的综合测量系统及其 测。
2、量方法， 包括人机交互单元、 可调上升速率直流 电源、 浪涌保护模块、 电流传感器和电压传感器、 微型计算机控制与测量单元以及计算机管理单 元 ； 微型计算机控制与测量单元包括控制单元和 测量单元 ； 测量单元包括电压瞬态跟随电路、 电 压峰值反馈保持电路和 A/D 采集电路 ； 控制单元 分别与人机交互单元、 可调上升速率直流电源、 电 压峰值反馈保持电路和 A/D 采集电路连接 ； 浪涌 保护模块连接在可调上升速率直流电源的高压输 出端和低压端， 浪涌保护模块通过电压传感器与 电压瞬态跟随电路相连 ； 电流传感器通过电压比 较触发电路与控制单元相连， 实现浪涌保护模块 直流参数测试数据的在。
3、线显示、 存储、 查询和报表 输出。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103399263 A CN 103399263 A *CN103399263A* 1/1 页 2 1. 浪涌保护模块直流参数的综合测量系统， 其特征在于， 包括用于参数设置与测量结 果显示的人机交互单元 （1） 、 微型计算机控制与测量单元 （2） 、 可调上升速率直流电源 （3） 、 浪涌保护模块 （5） 、 电流传感器 （6） 和电压传感器 （7） 以及计。
4、算机管理单元 CAU ； 所述的微型计算机控制与测量单元 （2） 包括控制单元 （201） 和测量单元 （202） ； 测量单 元 （202） 包括依次相连接的电压瞬态跟随电路 （9） 、 电压峰值反馈保持电路 （10） 和 A/D 采 集电路 （11） ； 控制单元 （201） 分别与人机交互单元 （1） 、 可调上升速率直流电源 （3） 、 电压峰 值反馈保持电路 （10） 和 A/D 采集电路 （11） 相连接 ； 所述的浪涌保护模块 （5） 一端连接在可调上升速率直流电源 （3） 的高压输出端， 另一 端通过电流传感器 （6） 与可调上升速率直流电源 （3） 的低压端相连接， 浪涌保护。
5、模块 （5） 还 通过电压传感器 （7） 与电压瞬态跟随电路 （9） 相连 ； 所述的电流传感器 （6） 的输出端通过电压比较触发电路 （8） 与控制单元 （201） 相连。 2. 根据权利要求 1 所述的浪涌保护模块直流参数的综合测量系统， 其特征在于， 所述 的浪涌保护模块 （5） 采用浪涌保护组合模块， 其包括分别连接在火线 L1、 L2、 L3 与零线 N 之 间的三个限压型保护元件， 以及连接在零线 N 与地线 PE 之间的一个开关型保护元件。 3.根据权利要求1或2所述的浪涌保护模块直流参数的综合测量系统， 其特征在于， 所 述的可调上升速率直流电源 （3） 的高压输出端还并接有直。
6、流分压器。 4.根据权利要求1或2所述的浪涌保护模块直流参数的综合测量系统， 其特征在于， 所 述的浪涌保护模块 （5） 通过限流单元 （4） 与可调上升速率直流电源 （3） 的低压输出端相连 接。 5.根据权利要求1或2所述的浪涌保护模块直流参数的综合测量系统， 其特征在于， 所 述的微型计算机控制与测量单元 （2） 能够与上位机实现通讯连接， 与计算机管理单元 CAU 通过通讯接口连接。 6. 基于权利要求 1-5 中任意一种浪涌保护模块直流参数的综合测量系统的测量方法， 其特征在于， 包括以下步骤， 1） 通过人机交互单元输入可调上升速率直流电源的电压上升速率 ； 2） 通过控制单元接收。
7、电压上升速率的信号， 并调节可调上升速率直流电源的输出电 压， 使其满足浪涌保护模块的直流参数测量的要求 ； 3） 将直流高压连接于 L1 与 PE 之间， 当可调上升速率直流电源的输出电压使浪涌保护 模块 L1-PE 达到击穿状态时， 电流传感器的输出使电压比较触发电路翻转输出以高电平 ； 电压比较触发电路的翻转信号输出到控制单元 , 一方面停止对可调上升速率直流电源的 升压 , 另一方面控制测量单元的电压瞬态跟随电路和电压峰值反馈保持电路工作， 将施加 在浪涌保护模块 L1-PE 之间的最大击穿电压和稳态维持电压保持下来并进行采集与测量 ； 4） 分别自动将直流高压连接于 L2 与 PE 。
8、以及 L3 与 PE 之间， 重复上述 3） 过程， 将施加 在浪涌保护模块 L2-PE、 L3-PE 之间的最大击穿电压和稳态维持电压保持下来并进行采集 与测量 ； 5） 控制单元控制 A/D 采集电路对由电压传感器输出的施加在浪涌保护模块两端的高 电压转换而来的低电压信号进行数据采集 ； 6） 测量单元将 A/D 采集电路得到的数字信号乘以电压传感器的刻度因素， 得到浪涌保 护模块各部分的直流击穿电压和稳态维持电压， 并显示在人机交互单元上， 完成一次测量。 权 利 要 求 书 CN 103399263 A 2 1/4 页 3 浪涌保护模块直流参数的综合测量系统及其测量方法 技术领域 00。
9、01 本发明涉及一种直流电压参数的测试装置和方法， 特别涉及一种浪涌保护模块直 流参数的综合测量系统及其测量方法。 背景技术 0002 随着通信、 微电子和电力电子等系统的迅速发展， 雷电过电压和操作过电压造成 的危害日益加剧， 因而过电压防护引起了越来越多的关注和重视。浪涌保护模块广泛应用 于传输线、 电源和通讯设备的各种瞬态过电压， 吸收浪涌能量， 同时也可用于有效保护各种 电路、 电气和电子产品。 0003 三相无限制供电电源的保护通常采用浪涌保护组合模块， 在研究或使用浪涌保护 器或浪涌保护模块时， 必须测试模块各部分的直流击穿电压。目前国内市场上出现的浪涌 保护模块的直流击穿电压测试。
10、仪无法测量浪涌保护组合模块的直流击穿电压， 同时， 还存 在自动化程度低、 测量精度差的问题， 无法满足浪涌保护模块高性能测试的需求。 发明内容 0004 为了解决上述的现有技术中存在的问题， 本发明提供一种测量精度和自动化程度 高， 而且能够用于对浪涌组合模块进行测量的浪涌保护模块直流参数的综合测量系统及其 测量方法。 0005 本发明浪涌保护模块直流参数的综合测量系统 ： 包括用于参数设置与测量结果显 示的人机交互单元、 微型计算机控制与测量单元、 可调上升速率直流电源、 浪涌保护模块、 电流传感器和电压传感器 ； 0006 所述的微型计算机控制与测量单元包括控制单元和测量单元 ； 测量单。
11、元包括依次 相连接的电压瞬态跟随电路、 电压峰值反馈保持电路和 A/D 采集电路 ； 控制单元分别与人 机交互单元、 可调上升速率直流电源、 电压峰值反馈保持电路和 A/D 采集电路相连接 ； 0007 所述的浪涌保护模块一端连接在可调上升速率直流电源的高压输出端， 另一端通 过电流传感器与可调上升速率直流电源的低压端相连接， 浪涌保护模块还通过电压传感器 与电压瞬态跟随电路相连 ； 0008 所述的电流传感器的输出端通过电压比较触发电路与控制单元相连。 0009 优选的， 所述的浪涌保护模块采用浪涌保护组合模块， 其包括分别连接在火线 L1、 L2、 L3 与零线 N 之间的三个限压型保护元。
12、件， 以及连接在零线 N 与地线 PE 之间的一个开关 型保护元件。 0010 优选的， 所述的可调上升速率直流电源的高压输出端还并接有直流分压器。 0011 优选的， 所述的浪涌保护模块通过限流单元与可调上升速率直流电源的低压输出 端相连接。 0012 优选的， 所述的人机交互单元能够与上位机实现通讯连接。 0013 本发明还提供一种基于上述任意一种测量装置的浪涌保护模块直流参数的测量 说 明 书 CN 103399263 A 3 2/4 页 4 方法， 包括以下步骤， 0014 1） 通过人机交互单元输入可调上升速率直流电源的电压上升速率 ； 0015 2） 通过控制单元接收电压上升速率的。
13、信号， 并调节可调上升速率直流电源的输出 电压， 使其满足浪涌保护模块的直流参数测量的要求 ； 0016 3） 将直流高压连接于 L1 与 PE 之间， 当可调上升速率直流电源的输出电压使浪涌 保护模块 L1-PE 达到击穿状态时， 电流传感器的输出使电压比较触发电路翻转输出以高电 平 ； 电压比较触发电路的翻转信号输出到控制单元 , 一方面停止对可调上升速率直流电源 的升压 , 另一方面控制测量单元的电压瞬态跟随电路和电压峰值反馈保持电路工作， 将施 加在浪涌保护模块 L1-PE 之间的最大击穿电压和稳态维持电压保持下来并进行采集与测 量 ； 0017 4） 分别自动将直流高压连接于 L2 。
14、与 PE 以及 L3 与 PE 之间， 重复上述 3） 过程， 将 施加在浪涌保护模块 L2-PE、 L3-PE 之间的最大击穿电压和稳态维持电压保持下来并进行 采集与测量 ； 0018 5） 控制单元控制 A/D 采集电路对由电压传感器输出的施加在浪涌保护模块两端 的高电压转换而来的低电压信号进行数据采集 ； 0019 6） 测量单元将 A/D 采集电路得到的数字信号乘以电压传感器的刻度因素， 得到浪 涌保护模块各部分的直流击穿电压和稳态维持电压， 并显示在人机交互单元上， 完成一次 测量。 0020 优选的， 步骤 1） 中所述的电压上升速率能够选择为 100V/s 或 200V/s 或 。
15、500V/s 或 1000V/s。 0021 本发明所述的测量系统， 在控制单元的控制下， 通过比较触发电路及时的记录和 测量击穿状态信号， 停止可调上升速率电流电源继续升压， 保证了击穿电压信号输出的稳 定性和准确性， 不会因测量的继续进行而发生改变 ； 同时通过测量单元中的 A/D 采集电路， 一路经电压峰值保持电路记录和测量浪涌保护模块直流击穿电压的最大值 ； 另一路经电 压瞬态跟随电路随时跟随和测量高压直流的变化， 记录和测量浪涌保护模块击穿后击穿电 压的稳定值， 从而能够准确测量浪涌保护模块各部分的直流击穿电压和稳态维持电压并上 传至计算机管理单元进行试验数据的分析与管理， 数据采集。
16、准确及时， 而且能够同时多路 采集， 自动化程度高， 测量结果精确， 因此能够用于对浪涌组合保护模块直流击穿电压的测 量。 其所对应的测量方法由于所基于的装置自动化程度高， 数据采集全面， 所以在采用测量 方法时， 步骤明确， 操作简单， 测量速度快， 得到的结果清晰完善。 附图说明 0022 图 1 是本发明实施例中所述测量系统的结构框图。 0023 图 2 是本发明实施例中所述的测量系统的测量原理框图。 0024 图 3a 是本发明实施例中所述的浪涌组合保护模块的电路原理图。 0025 图 3b 是本发明实施例中所述的浪涌组合保护模块的直流击穿电压过程示意图。 0026 图 4 是本发明实。
17、施例中所述的直流参数的测量方法。 0027 图中 ： 人机交互单元 1， 微型计算机控制与测量单元 2， 可调上升速率直流电源 3， 限流单元4， 浪涌保护模块5， 电流传感器6， 电压传感器7， 电压比较触发电路8， 电压瞬态跟 说 明 书 CN 103399263 A 4 3/4 页 5 随电路 9， 电压峰值反馈保持电路 10， A/D 采集电路 11， 控制单元 201， 测量单元 202， 火线分 别为 L1、 L2、 L3， 零线为 N， 地线为 PE。 具体实施方式 0028 下面结合附图及实施例对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。 0029 参见图 1， 本发明浪涌保。
18、护模块直流参数的综合测量系统， 包括用于参数设置与测 量结果显示的人机交互单元 1、 微型计算机控制与测量单元 2、 可调上升速率直流电源 3、 浪 涌保护模块 5、 电流传感器 6 和电压传感器 7 以及计算机管理单元 CAU ； 微型计算机控制与 测量单元 2 包括控制单元 201 和测量单元 202。 0030 参见图 2， 测量单元 202 包括依次相连接的电压瞬态跟随电路 9、 电压峰值反馈保 持电路 10 和 A/D 采集电路 11 ； 控制单元 201 分别与人机交互单元 1、 可调上升速率直流电 源 3、 电压峰值反馈保持电路 10 和 A/D 采集电路 11 相连接 ； 浪涌。
19、保护模块 5 一端连接在可 调上升速率直流电源 3 的高压输出端， 另一端通过电流传感器 6 与可调上升速率直流电源 3 的低压端相连接， 浪涌保护模块 5 还通过电压传感器 7 与电压瞬态跟随电路 9 相连 ； 电流 传感器 6 的输出端通过电压比较触发电路 8 与控制单元 201 相连。 0031 其测量原理如下 ： 微型计算机控制与测量单元 2 的控制单元 201 通过比较触发电 路 8 接收到来自电流传感器 6 所提取的浪涌保护模块 5 直流击穿状态信号， 这个信号使比 较触发电路 8 输出高电平， 并输入至微型计算机控制与测量单元 2 的控制单元 201， 停止 对可调上升速率直流电。
20、源 3 的升压控制， 并控制微型计算机控制与测量单元 2 的测量单元 202， 一方面使电压瞬态跟随电路 9 自动跟随电压传感器 7 采集的信号， 另一方面使电压峰 值反馈保持电路 10 能够保持电压传感器 7 输出信号的最大值 ； 与此同时， 微型计算机控制 与测量单元 2 的控制单元 201 启动 A/D 采集电路 11 工作， 通过对电压传感器 7 输出信号的 测量， 得到浪涌保护模块 5 各部分的直流击穿电压的最大值和稳态维持电压， 并将测量结 果在人机交互单元 1 中显示。 0032 优选的， 如图3a所示， 浪涌保护模块5采用浪涌保护组合模块， 其包括分别连接在 火线 L1、 L2。
21、、 L3 与零线 N 之间的三个限压型保护元件， 以及连接在零线 N 与地线 PE 之间的 一个开关型保护元件 ； 进一步优选的限压型保护元件采用压敏电阻， 开关型保护元件采用 放电管 ； 具体的以用于三相五线制电源的 “3+1” 浪涌保护组合模块为例， 及包含三只限压 型压敏电阻和一只放电管， 三只压敏电阻分别接于 L1-N、 L2-N 与 L3-N 之间， 一只放电管接 于 N-PE 之间 ； 因此浪涌保护模块 5 中的各部分对应的表示为 L1-PE、 L2-PE、 L3-PE， 其之间 的直流击穿电压过程参见图 3b， 由图 3b 可见， 每一组合的击穿过程包括了放电管的直流击 穿电压和。
22、压敏电阻的稳态维持电压两个阶段。 0033 进一步优选的， 在可调上升速率直流电源 3 的高压输出端还并接有直流分压器 ； 浪涌保护模块 5 通过限流单元 4 与可调上升速率直流电源 3 的低压输出端相连接， 能够用 来保护浪涌保护模块5的正常工作 ； 人机交互单元1能够与上位机实现通讯连接， 提高装置 整体的适用范围 ； A/D 采集电路 11 包括 12 或 16 位高分辨率的 A/D 采集器， 进一步的提高 了数据采集的精度和路数。 0034 参见图 4， 本发明所述的浪涌保护模块直流参数的测量方法， 基于以上优选的实例 当中， 其具体的步骤如下 ； 说 明 书 CN 103399263。
23、 A 5 4/4 页 6 0035 1） 通过人机交互单元 1 输入可调上升速率直流电源 3 的电压上升速率 ； 其中优选 的， 电压上升速率能够选择为 100V/s 或 200V/s 或 500V/s 或 1000V/s， 满足不同的测量需 求。 0036 2） 通过控制单元 201 接收电压上升速率的信号， 并调节可调上升速率直流电源 3 的输出电压， 使其满足浪涌保护模块 5 的直流击穿电压测量的要求 ； 在调节输出电压时， 能 够采用现有技术中的 D/A 转换电路控制可调上升速率直流电源 3 的输出电压， 实现不同电 压上升速率的直流高压信号的输出。 0037 3） 当可调上升速率直流。
24、电源 3 的输出电压使浪涌保护模块 5 直流击穿的状态时， 电流传感器 6 的输出使电压比较触发电路 8 翻转输出以高电平 ； 电压比较触发电路 8 的翻 转信号输出到控制单元 201, 一方面停止对可调上升速率直流电源 3 的升压控制 , 另一方 面控制测量单元 202 的电压瞬态跟随电路 9 和电压峰值反馈保持电路 10 工作， 将施加在浪 涌保护模块5上的最大击穿电压和稳态维持电压保持下来 ； 其中， 电压比较触发电路8的比 较电平能够预先的进行调整设置。 0038 4） 控制单元 201 控制 A/D 采集电路 11 对由电压传感器 7 输出的施加在浪涌保护 模块 5 两端的高电压转换。
25、而来的低电压信号进行数据采集。 0039 5） 测量单元 202 将 A/D 采集电路 11 得到的数字信号乘以电压传感器 7 的刻度因 素， 得到浪涌保护模块 5 各部分的直流击穿电压和稳态维持电压， 并显示在人机交互单元 1 上， 完成一次测量 ； 对优选实例当中的浪涌保护组合模块来说， 具体的得到的就是其各部分 L1-PE、 L2-PE、 L3-PE 的放电管的击穿电压和限压型压敏电阻的稳态维持电压。 0040 6） 微型计算机控制与测量单元 2 也可以将测量结果传至上位机计算机管理单元 CAU， 计算机管理单元可以完成浪涌保护模块 5 直流击穿电压测试数据的在线显示、 存储、 查询和报表输出。 说 明 书 CN 103399263 A 6 1/3 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103399263 A 7 2/3 页 8 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103399263 A 8 3/3 页 9 图 4 说 明 书 附 图 CN 103399263 A 9 。