專利名稱：全波/半波自動重復頻率充放電電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電工技術領域，特別涉及用于避雷器閥片試驗、脈沖電容器的壽命試驗、雷達用調制器等場合的重復頻率充放電電路設計。
現(xiàn)有重復頻率充放電技術主要采用下面兩種傳統(tǒng)方法恒壓充放電法及C-L-C振蕩充放電法。

圖1為恒壓充放電電路圖。圖中，電容器C左邊為充電回路，它由調壓器T’、高壓變壓器T1、全波橋式整流器B、限流電阻R和電容器C組成。根據(jù)高壓變壓器T1容量大小和整流器B允許通過的電流來選用限流電阻R的大小和容量。電容器C右邊為放電回路，它由控制放電的開關G、負載RF和電容C組成。當開關G接收電脈沖(或其他控制信號)擊穿時，電容C先充好的能量通過開關G向負載RF釋放，這時負載RF上通過放電電流，負載吸收能量。R1/R2是一分壓器，用來測量電容器C上電壓大小。圖2為C-L-C振蕩充放電電路圖。圖中，經調壓器T’，三相全波整流器B對儲能電容器C充電。然后C再經電感L和硅堆D給人工形成線F中電容器充電，同時給閘流管TG提供陽極電壓。當閘流管TG上控制柵接收控制信號后，閘流管TG導通，人工形成線F對脈沖變壓器Ti原邊放電。這時在T1副邊得到高電壓脈沖加到負載RG上。
對于恒壓法，由于保護電阻R的存在，其充電效率只有50％，嚴重影響最大重復頻率值；而對于C-L-C振蕩法，由于回路不再有充電電阻，充電效率獲得了提高，但同前一種方法一樣，都存在一個缺陷充電的電壓值不易精確控制。上面兩種電路的充電電壓值一般是通過多次調節(jié)電源調壓器輸出值，借助示波器比較多次充放電波形來確定某一所需充電電壓值的調壓器對應位置，既耗時又易受人為因素影響。對于需經常變換充電電壓值的場合很不實用。
已有的電壓預置或采用傳統(tǒng)的調壓器輸出定位法，或采用調節(jié)一只可調電阻阻值預置法，或采用多只電阻的分檔切換法。其缺點是前兩種方法對照示波器多次調節(jié)，既耗時又易受人為因素影響，對于需經常變換充電電壓值的場合不實用；后一種方法無法實現(xiàn)連續(xù)調節(jié)。而別單位用一雙向可控硅代替整流橋單向可控硅組合單元，這樣需設計隔離的雙路觸發(fā)信號。
本發(fā)明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種自動重復頻率充放電電路及其裝置，在其電路中采用了L-C恒流源技術，場畸變火花開關，具有可隨時改變預置，一經預置撥碼值便是最終充電電壓值；可簡化可控硅觸發(fā)電路的設計；放電穩(wěn)定、工作壽命長、工作范圍寬、開關在較長工作范圍內不用調整等優(yōu)點。
本發(fā)明提出一種全波自動重復頻率充放電電路，包括充電回路、放電回路和分壓器，所說的放電回路由控制放電的開關、負載和電容組成，其特征在于，所說的充電回路由一T形四端網絡構成的L-C恒流源電路，連于該L-C恒流源電路輸出端的高壓變壓器、以及分別連于該高壓變壓器的原邊及付邊的一對橋式整流電路所組成，還包括分別與該充電回路和放電回路相連的具有精密電壓控制的充放電觸發(fā)信號控制單元。
本發(fā)明還提出一種半波自動重復頻率充放電電路，包括充電回路、放電回路和分壓器，所說的放電回路由控制放電的開關、負載和電容組成，其特征在于，所說的充電回路由一T形四端網絡構成的L-C恒流源電路，連于該L-C恒流源電路輸出端的高壓變壓器、以及分別連于該高壓變壓器的原邊及付邊的可控硅和高壓硅堆所組成，還包括分別與該充電回路和放電回路相連的具有精密電壓控制的充放電觸發(fā)信號控制單元。
上述兩種自動重復頻率充放電電路中的充放電觸發(fā)信號控制單元可由指輪撥碼、BCD碼—二進制碼制轉換、數(shù)模轉換、比較器所組成，所說的指輪撥碼開關設置預充高壓值，所說的BCD碼—二進制碼轉換電路將指輪撥碼的BCD碼轉換為二進制碼，再通過數(shù)模轉換芯片及運放轉變?yōu)槟M電壓輸出，此電壓與分壓器輸入信號經過比較器比較，根據(jù)比較結果來決定是否觸發(fā)充電停止可控硅，達到可用數(shù)碼方式頂置所充高壓值的目的。
上述的自動重復頻率充放電電路中的控制放電的開關可采用場畸變火花開關，該開關由上電極、下電極，位于該上、下電極形成的間隙中間的觸發(fā)極，支撐兩個主電極的絕緣筒及上下絕緣盤，該觸發(fā)極由上下絕緣盤固定幾何位置，并通過兩端鎖緊螺母、墊圈將開關各部件鎖緊形成一整體，該觸發(fā)極兩端和壓緊螺母和氣嘴連接。該開關工作壽命長、放電穩(wěn)定、開關在較長工作范圍內不用調整。
本發(fā)明的工作原理結合圖3簡述如下(1)T型L-C恒流源簡析圖3中所示的L-C恒流源電路為一T形四端網絡，簡析此電路可知當恒流源的L1(L1＝L2＝L)與C滿足ω2LC＝1，且電感品質因數(shù)Q值足夠高時，變換器輸出端電流幾乎與負載阻抗無關而與U1成正比，在極限情況下，也就是當繞組的電阻可以忽略不計(Q→∞，R→O)，并且認為耦合系數(shù)K1等于1時，有如下電流表達式
，即輸出電流不隨負載變化，故稱為恒流輸出。
恒流輸出的優(yōu)點是充電效率高、可短路工作。在圖3中是利用可短路工作的特點當充電電壓達到所需值時，觸發(fā)可控硅使L-C輸出短路而停止充電過程。由于I2保持不變，換路時電路中不會出現(xiàn)暫態(tài)過程。而恒壓充電電路無此優(yōu)點。
對圖3電路，其充放電最大重復頻率f為
，如C2，Uc一定，最大重復頻率通過調節(jié)I3來改變。而調節(jié)I3一是通過在L-C前面接入調壓器，調節(jié)調壓器輸出來實現(xiàn)；二是省掉調壓器，將L-C恒流源的L分抽頭、C分組，再通過切換將不同組合的L-C接入電路來實現(xiàn)。
本發(fā)明的特點及效果(1)本發(fā)明由指輪撥碼、碼制轉換、數(shù)模轉換組成充放電觸發(fā)信號控制單元，可隨時改變預置，一經預置撥碼值便是最終充電電壓值。
(2)本發(fā)明的全波充電回路采用了雙整流橋技術，高壓實驗變壓器前級有一個整流橋單向可控硅組合單元，此技術可簡化可控硅觸發(fā)電路的設計(3)本發(fā)明的半波充放電電路結構簡單，適用于只有單套管高壓變壓器的場合。
(4)本發(fā)明的放電回路中采用場畸變火花開關，放電穩(wěn)定、工作壽命長、工作范圍寬、開關在較長工作范圍內不用調整。
(5)由于本發(fā)明的電路具有高效充電、穩(wěn)定放電、數(shù)碼設置及自動運行的特點，大大減輕了試驗員工作壓力及避免了人為因素對試品造成的損壞，有效提高了產品質量和勞動生產率。
附圖簡要說明圖1為已有技術中的恒壓充放電電路原理圖。
圖2為已有技術中的C-L-C振蕩充放電電路原理圖。
圖3為本發(fā)明的全波自動重復頻率充放電電路原理圖。
圖4為本發(fā)明半波自動重復頻率充放電電路原理圖。
圖5為本發(fā)明的場畸變火花開關實施例結構示意圖。
圖6為本發(fā)明的充放電觸發(fā)信號控制單元總體結構及原理框圖。
圖7為本發(fā)明的充放電觸發(fā)信號控制單元實施例中的BCD碼—二進制碼轉換電路及數(shù)模轉換器部分電路圖。
圖8為本發(fā)明的充放電觸發(fā)信號控制單元實施例中的精密放大單元，比較器，及延時單元電路部分電路圖。
本發(fā)明的自動重復頻率充放電電路實施例結合各附圖詳細說明如下本發(fā)明的一種全波自動重復頻率充放電電路實施例如圖3所示。
電路工作過程簡述如下圖3中L-C恒流源由電感L1、L2及電容C1組成T形四端網絡。恒流源輸出電流I2給高壓變壓器T2提供原邊輸入電流。變壓器T2副邊輸出電流I3、電壓U3經橋式整流電路B2向放電回路主電容C2充電。放電回路由主電容C2、場畸變火花開關G1和負載RF組成。分壓器R1/R2用來測量主電容C2上電壓，并自動輸入到充放電觸發(fā)信號控制系統(tǒng)控制充放電的重復執(zhí)行。由四只二極管組成的橋式整流B1和可控硅SCR組成控制停止充電的電路。當主電容C2上電壓UC到達預定值，由控制系統(tǒng)發(fā)出停止充電信號，這時可控硅SCR導通，恒流源輸出電流I2就通過可控硅SCR，高壓變壓器T2沒有電流流過，主電容C2上充電停止。G1是場畸變火花開關，r1/r2是開關觸發(fā)極固定電位用的分壓器。當C2充滿電荷，控制系統(tǒng)給出開關觸發(fā)信號加到開關觸發(fā)單元時，高壓觸發(fā)脈沖經耦合電容加到觸發(fā)極上。這時開關主電極間電場強烈畸變，開關放電導通。這樣，完成了一次充放電，第二次充放電自動連續(xù)下去。
本發(fā)明的一種半波自動重復頻率充放電電路實施例如圖4所示。它是由圖3轉變而來，適用于單套管高壓變壓器的場合。裝置主要由下列元器件組成L1，L2為恒流源電感，C1為恒流源電容，SCR為可控硅，T為高壓試驗變壓器，C2為充電電容，R1，R2為分壓器，G1為場畸變火花開關，D為高壓硅堆，RF為放電負載。本電路工作過程簡述如下充電過程開始，L-C恒流源輸出電流I2通過高壓變壓器T2對電容C2充電，分壓器對C2上充電電壓值進行采樣，此采樣值送入充放電觸發(fā)信號控制系統(tǒng)。當充電電壓值達到設定值時，由充放電觸發(fā)信號控制系統(tǒng)給出觸發(fā)信號去觸發(fā)控制充電停止的可控硅SCR，可控硅導通，L-C恒流源輸出短路，停止對C2充電，C2上電壓保持不變(實際上有漏泄放存在)，直到控制系統(tǒng)輸出信號給開關觸發(fā)單元，場畸變火花開關觸發(fā)信號到來，開關G1放電，C2將能量對負載釋放，新的充電過程又重新開始。充放電過程按一定頻率自動重復進行。
本發(fā)明的場畸變火花開關結構實施例如圖5所示。開關主間隙ds由上電極2、下電極5形成，觸發(fā)極4位于主間隙中間1/2ds處。觸發(fā)極引入不改變主間隙電場的均勻性。3是支撐兩個主電極2、5的絕緣筒，為了增大沿面放電距離，內外表面部開槽31、32。觸發(fā)極4由上下絕緣盤1和6固定幾何位置，并通過兩端鎖緊螺母8、墊圈7將開關各部件鎖緊形成一整體。同時觸發(fā)極4又是氣體循環(huán)流動連接件，兩端和壓緊螺母9和氣嘴10連接，一端進氣，一端出氣，讓氣體自動更換式循環(huán)，以保證多次放電后主間隙絕緣強度不會下降。
本發(fā)明設計的一套具有精密電壓控制的充放電觸發(fā)信號控制單元，其主要特點是采用指輪撥碼設置預充電壓值，以實現(xiàn)在要求精度范圍內充電電壓值連續(xù)可調的目的。結合圖6，圖7和圖8分別詳細說明如下圖6為為本發(fā)明的充放電觸發(fā)信號控制單元總體結構及原理框圖。包括指輪撥碼開關、BCD碼—二進制碼轉換電路、數(shù)模轉換電路，由多片集成運放構成的精密放大單元，比較電路和放電觸發(fā)延時電路。其中，指輪撥碼開關(根據(jù)精度要求選擇位數(shù))用于設置預充高壓值，BCD碼—二進制碼轉換電路(由多片74184碼制轉換芯片組合而成)將指輪撥碼的BCD碼轉換為二進制碼，再通過數(shù)模轉換芯片(如AD7520)及運放轉變?yōu)槟M電壓輸出，此電壓與分壓器輸入信號經過比較器比較，根據(jù)比較結果來決定是否觸發(fā)充電停止可控硅。
觸發(fā)信號同時送至一時延單元(由74123模塊組成)，再經過放大后去觸發(fā)場畸變火花開關，啟動放電過程。調節(jié)時延單元中的時延電阻便可對重復頻率進行調節(jié)。
圖7為本發(fā)明的充放電觸發(fā)信號控制單元實施例中的BCD碼—二進制碼轉換電路及數(shù)模轉換器部分電路圖。圖8為本發(fā)明的充放電觸發(fā)信號控制單元中的精密放大單元，比較器，及延時單元電路部分電路圖。
圖7中2片74LS04和6片74184將JZ1和JZ3輸入的3位撥碼指輪提供的BCD碼轉換為二進制碼，再經過AD7520及LM741實現(xiàn)數(shù)模轉換。
圖8中IC1、IC2、IC3(皆為LM741)組成的精密放大單元，有很強的抑制共模干擾能力，IC4(LM311)為比較器，IC10(74LS123)及外圍元件組成延時單元電路，R21為放電延時調節(jié)電阻，本圖輸出的兩路信號分別為可控硅觸發(fā)信號和火花開關觸發(fā)信號。
對使用三位撥碼情形，運行結果表明，在2KV-40KV(設計要求)充電范圍內，預置電壓值與最終儲能電容上的充電電壓值誤差可控制在±2％內(誤差主要取決于分壓器精度)。
由于是預先設置好指輪撥碼，再開始充放電過程，故對數(shù)模轉換芯片幾乎沒有轉換速率的要求，這樣可降低產品成本。
權利要求
1.一種全波自動重復頻率充放電電路，包括充電回路、放電回路和分壓器，所說的放電回路由控制放電的開關、負載和電容組成，其特征在于，所說的充電回路由-T形四端網絡構成的L-C恒流源電路，連于該L-C恒流源電路輸出端的高壓變壓器、以及分別連于該高壓變壓器的原邊及付邊的一對橋式整流電路所組成，還包括分別與該充電回路和放電回路相連的具有精密電壓控制的充放電觸發(fā)信號控制單元。
2.一種半波自動重復頻率充放電電路，包括充電回路、放電回路和分壓器，所說的放電回路由控制放電的開關、負載和電容組成，其特征在于，所說的充電回路由一T形四端網絡構成的L-C恒流源電路，連于該L-C恒流源電路輸出端的高壓變壓器、以及分別連于該高壓變壓器的原邊及付邊的可控硅和高壓硅堆所組成，還包括分別與該充電回路和放電回路相連的具有精密電壓控制的充放電觸發(fā)信號控制單元。
3.根據(jù)權利要求1或2所述自動重復頻率充放電電路，其特征在于，所說的充放電觸發(fā)信號控制單元由指輪撥碼、CD碼—二進制碼轉換、數(shù)模轉換、比較器及運放所組成，所說的指輪撥碼開關設置預充高壓值，所說的BCD碼—二進制碼轉換電路將指輪撥碼的BCD碼轉換為二進制碼，再通過數(shù)模轉換芯片及運放轉變?yōu)槟M電壓輸出，此電壓與分壓器輸入信號經過比較器比較，根據(jù)比較結果來決定是否觸發(fā)充電停止可控硅。
4.根據(jù)權利要求1或2所述自動重復頻率充放電電路，其特征在于，所說的控制放電的開關采用場畸變火花開關，該開關由上電極、下電極，位于該上、下電極形成的間隙中間的觸發(fā)極，支撐兩個主電極的絕緣筒及上下絕緣盤，該觸發(fā)極由上下絕緣盤固定幾何位置，并通過兩端鎖緊螺母、墊圈將開關各部件鎖緊形成一整體，該觸發(fā)極兩端和壓緊螺母和氣嘴連接。
全文摘要
本發(fā)明屬于電工技術領域,包括由控制放電的開關、負載和電容組成的放電回路和分壓器,充電回路由L－C恒流源電路,高壓變壓器、以及分別連于該高壓變壓器的原邊及副邊的一對橋式整流電路或可控硅和高壓硅堆所組成,還包括分別與該充電回路和放電回路相連的充放電觸發(fā)信號控制單元。本發(fā)明具有充電效率高、可數(shù)碼預置充電電壓值、充電電壓精度高;放電穩(wěn)定、工作范圍寬廣等優(yōu)點,可顯著提高勞動生產率。
文檔編號G01R31/00GK1263369SQ0010336
公開日2000年8月16日 申請日期2000年3月3日 優(yōu)先權日2000年3月3日
發(fā)明者韓旻, 鄒曉兵, 郭志剛, 王黎明 申請人:清華大學