基于2000v高压的一种自动测试系统

史豆豆

摘要：由于本课题是一种基于高压的自动测试系统，系统的待测元件是阴极气体放电管，气体放电管是一种开关型保护器件，将高压电源直流高压输送到气体放电管，当气体放电管发生击穿，根据阴极质量特性和辉光放电出现来确定放电延迟时间。改变点火脉冲幅度和占空系数，同时对测量延时时间的结果进行数据统计处理，从而利用LabVIEW软件系统的设计完成对阴极发射能力及放电管寿命进行预估评价。

关键词：高压电源；数据采集；LabVIEW；阴极管

阴极管作为电力设备防护器件，被广泛应用于配电设施、过程控制系统、通讯系统、大功率工业系统，以保护设备免遭浪涌和尖峰的破坏。由于尖峰电压和雷电的广泛存在，电路负荷一旦突然加重，必定影响电路电压稳定。所以对于阴极管的性能检测非常必要。本文提出的一种测量阴极管性能的高压测试系统，主要包括高压电源模块、数据采集与信号调理模块、以及基于LabVIEW的软件测量系统。

1阴极管工作原理

阴极管内部有带间隙的金属电极，充以惰性气体，采外面用绝缘耐高温陶瓷封装。通常状况下，阴极管具有高阻抗的特性。当尖峰高电压加载到电极端时，管内气体分子被电离形成离子和电子，在电场作用下，导通电路。阴极管的响应时间相对较长，可承受较高的尖峰电压。一旦被触发即形成短路，直到过电压消失，气体放电停止，从而保护相应线路。

2高压电源模块

由于放电管是工作在放电状态，要想测量放电管的参数，必须在放电管阳极和阴极间施加高压，但是传统的高压电源是将电网电压直接送入高压变压器使输出高压后，一种是进一步通过整流电路，滤波电路得到稳定高压，另一种是将交流电压升高后通过倍压整流电路进一步得到高压。为了获得较高电压，通常采用增大变压器变比的方法在变压器次级直接获得高压。

本设计高压电源模块仅要求输出电压2000V、电流10mA，且对电压稳定性要求较高，开关稳压电源，虽然体积小，效率高，但输出电压的纹波大，通常不能输出高的稳定性。传统的线性稳压电源输出电压稳定性虽高，但缺点是电源效率低，为保证输出电压稳定、可靠，需要采用复合式开关电源的设计，前级采用300V开关稳压，为后级提供直流输人电压，然后利用线性稳压电路获得高质量的稳压输出。

为保证输出电压稳定，调节方便、可靠，采用两级稳压开关技术，同时也减小变压器的压力。第一级直接将AC220V整流滤波，预稳得到300V的直流电压；第二级将300V的直流电压进行变频震荡，产生幅值150V、频率40kHz的方波电压，经变压器输出，整流滤波产生2000V电压。电压调节采用光耦控制分压技术，实现无极调节。

3信号调理模块

由于实际取样的信号较小，将取样电阻上的电流经电流跟随器、放大器，滤波器经光耦隔离将信号传给信号处理电路。由于本设计背景是高压环境，故在信号调理电路与数据采集卡之间加入光耦隔离既保护了下级的控制回路，抑制了环境噪声对数据采集电路的影响，抑制公共地、电磁阀及不明脉冲对设备的干扰，同时保护人员设备的安全。

4数据采集模块

本设计数据采集系统由电压、电流采样电路，信号调理电路，光耦隔离，数据采集卡，工控机和测量采集软件组成。其中测量采集软件包括软件信号调理、分析及控制、数据存储和交互界面四部分。

5软件设计

软件部分涉及软件信号的调理、数据存储、数据分析及控制以及人机交互界面的设计。可实现对前端點火电路的控制，设定参数，包括测量次数、电流持续时间、数据保存、测量间隔。显示测试结果包括平均延时时间、平均延时电流、预估寿命、测试时间、开始测试、停止测试及退出。