基于2000v高壓的一種自動測試系統

史豆豆

摘要：由于本課題是一種基于高壓的自動測試系統，系統的待測元件是陰極氣體放電管，氣體放電管是一種開關型保護器件，將高壓電源直流高壓輸送到氣體放電管，當氣體放電管發生擊穿，根據陰極質量特性和輝光放電出現來確定放電延遲時間。改變點火脈沖幅度和占空系數，同時對測量延時時間的結果進行數據統計處理，從而利用LabVIEW軟件系統的設計完成對陰極發射能力及放電管壽命進行預估評價。

關鍵詞：高壓電源；數據采集；LabVIEW；陰極管

陰極管作為電力設備防護器件，被廣泛應用于配電設施、過程控制系統、通訊系統、大功率工業系統，以保護設備免遭浪涌和尖峰的破壞。由于尖峰電壓和雷電的廣泛存在，電路負荷一旦突然加重，必定影響電路電壓穩定。所以對于陰極管的性能檢測非常必要。本文提出的一種測量陰極管性能的高壓測試系統，主要包括高壓電源模塊、數據采集與信號調理模塊、以及基于LabVIEW的軟件測量系統。

1陰極管工作原理

陰極管內部有帶間隙的金屬電極，充以惰性氣體，采外面用絕緣耐高溫陶瓷封裝。通常狀況下，陰極管具有高阻抗的特性。當尖峰高電壓加載到電極端時，管內氣體分子被電離形成離子和電子，在電場作用下，導通電路。陰極管的響應時間相對較長，可承受較高的尖峰電壓。一旦被觸發即形成短路，直到過電壓消失，氣體放電停止，從而保護相應線路。

2高壓電源模塊

由于放電管是工作在放電狀態，要想測量放電管的參數，必須在放電管陽極和陰極間施加高壓，但是傳統的高壓電源是將電網電壓直接送入高壓變壓器使輸出高壓后，一種是進一步通過整流電路，濾波電路得到穩定高壓，另一種是將交流電壓升高后通過倍壓整流電路進一步得到高壓。為了獲得較高電壓，通常采用增大變壓器變比的方法在變壓器次級直接獲得高壓。

本設計高壓電源模塊僅要求輸出電壓2000V、電流10mA，且對電壓穩定性要求較高，開關穩壓電源，雖然體積小，效率高，但輸出電壓的紋波大，通常不能輸出高的穩定性。傳統的線性穩壓電源輸出電壓穩定性雖高，但缺點是電源效率低，為保證輸出電壓穩定、可靠，需要采用復合式開關電源的設計，前級采用300V開關穩壓，為后級提供直流輸人電壓，然后利用線性穩壓電路獲得高質量的穩壓輸出。

為保證輸出電壓穩定，調節方便、可靠，采用兩級穩壓開關技術，同時也減小變壓器的壓力。第一級直接將AC220V整流濾波，預穩得到300V的直流電壓；第二級將300V的直流電壓進行變頻震蕩，產生幅值150V、頻率40kHz的方波電壓，經變壓器輸出，整流濾波產生2000V電壓。電壓調節采用光耦控制分壓技術，實現無極調節。

3信號調理模塊

由于實際取樣的信號較小，將取樣電阻上的電流經電流跟隨器、放大器，濾波器經光耦隔離將信號傳給信號處理電路。由于本設計背景是高壓環境，故在信號調理電路與數據采集卡之間加入光耦隔離既保護了下級的控制回路，抑制了環境噪聲對數據采集電路的影響，抑制公共地、電磁閥及不明脈沖對設備的干擾，同時保護人員設備的安全。

4數據采集模塊

本設計數據采集系統由電壓、電流采樣電路，信號調理電路，光耦隔離，數據采集卡，工控機和測量采集軟件組成。其中測量采集軟件包括軟件信號調理、分析及控制、數據存儲和交互界面四部分。

5軟件設計

軟件部分涉及軟件信號的調理、數據存儲、數據分析及控制以及人機交互界面的設計。可實現對前端點火電路的控制，設定參數，包括測量次數、電流持續時間、數據保存、測量間隔。顯示測試結果包括平均延時時間、平均延時電流、預估壽命、測試時間、開始測試、停止測試及退出。