[發明專利]一種高壓方波發生器實現方法

有效

• 申請號: 201310722316.7
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN103684360A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 龍兆芝;李文婷;丁衛東;劉少波;任想;喬兵兵
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;中國電力科學研究院;西安交通大學
• 主分類號: H03K3/64
• 分類號: H03K3/64
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明屬于電力系統，具體講涉及一種高壓方波發生器實現方法。

背景技術

電力系統中，為了檢驗電力設備耐受雷擊過電壓和操作過電壓的能力，需要在出廠時進行沖擊電壓耐受試驗，所以全國各大高壓實驗室都具備高壓沖擊電壓發生器以及沖擊電壓分壓器、二次測量儀器等測量設備。其中雷電全波的波前時間為(0.84-1.56)μs、陡波波前時間<0.5μs、雷電截波的波前截斷時間也需<0.5μs，這就需要測量用分壓器具備良好的暫態響應特性，否則會導致很大的測量誤差以及波形畸變。因此，在沖擊分壓器出廠或進行校準時需對其進行高頻響應特性試驗標定。目前沖擊分壓器的頻帶范圍不斷擴展，分壓比不斷擴大，傳統的頻率響應法因缺少高頻高壓正弦電源而不能使用，需用方波發生器對分壓器進行階躍波響應特性試驗。為準確測量分壓器高頻響應特性，要求方波發生器具有較高的幅值、較寬的脈寬、ns級的上升沿（或下降沿）。

通常使用的是基于汞潤開關的方波發生器，這類發生器的優點是：使用方便，重頻特性好，方波上升時間可以達到ns級，能夠滿足階躍波響應試驗的要求，但汞潤開關耐壓有限，普通汞潤開關只能產生（100～300）V的低壓方波。而隨著電壓等級的提高，沖擊分壓器的分壓比不斷增大，低壓方波信號施加于分壓器高壓側時，在其低壓側測量得到的信號相當微弱，易受周圍電磁干擾，在測量數字示波器上無法分辨，更加不能進行分析計算。另外，對于采用脈沖形成線或Marx電路，并經陡化開關原理設計的脈沖發生器，其輸出方波的上升時間雖然可做到很短（幾ns甚至ps級），且幅值也可達數十千伏，但其輸出脈寬很短，通常只有數百ns，而且抖動較大。由于沖擊電阻分壓器的穩定時間一般在200ns左右，弱阻尼分壓器的穩定時間更長，因此脈寬過小不能計算得到分壓器的確切穩定時間，而且抖動較大時無法分辨測量結果波形中的振蕩是由電源帶來的還是分壓器本身的暫態響應。

近年來，各研究學者嘗試用固體開關代替氣體放電開關作為主開關進行方波發生器的研究，固體開關以MOSFET和雪崩三極管為主，這類固體開關具有通斷穩定、重復性好的優點，但其耐壓較低、通流能力較差。以MOSFET為主開關的方波發生器，因MOSFET管導通速度較慢，其輸出方波的前（后）沿較緩，不適用于電容值較大的容性負載；以雪崩三極管為主開關的方波發生器，因雪崩管通流能力較差，其輸出方波脈寬窄，且當容性負載的電容值較大時，方波前沿（或后沿）變緩，且雪崩管易因過流燒毀。因此，使用上述類型的方波發生器，較難方便、全面、可靠的對分壓器階躍波響應進行校準。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種高壓方波發生器實現方法，針對目前用于電力系統中沖擊電壓分壓器階躍波響應試驗的方波發生器在波形、重復性、穩定性等方面存在的問題，在設計原理及思路上進行了改進，使其幅值可調（300-1000）V，脈寬可調（10-220）μs，下降時間<5ns的高壓方波信號，該裝置重復性好、性能穩定、使用方便、便于攜帶，可用于沖擊分壓器階躍波響應試驗。

本發明的目的是采用下述技術方案實現的：

一種高壓方波發生器，其改進之處在于，所述發生器包括高壓直流源、電阻、儲能電容、觸發脈寬調節模塊、上升沿電路、下降沿電路和同步控制觸發模塊；所述上升沿電路包括固體開關MOSFET和光耦隔離驅動電路；所述下降沿電路包括固體開關MOSFET電路與雪崩三極管串；

所述高壓直流源、電阻、儲能電容、觸發脈寬調節模塊、固體開關MOSFET和光耦隔離驅動電路和雪崩三極管串依次連接。

優選的，所述高壓直流源為直流模塊電源。

優選的，所述儲能電容為高壓薄膜脈沖電容器。

優選的，所述觸發脈寬調節模塊包括外觸發電路和脈寬調節電路。

優選的，所述電阻包括直流充電電阻、限流阻尼電阻、均壓電阻和阻尼電阻。

優選的，所述固體開關MOSFET電路與雪崩管串聯電路形成并聯支路，同步觸發模塊發出觸發MOSFET和雪崩三極管的觸發信號，兩種開關采用過電壓脈沖變壓器隔離驅動，并通過調節同軸電纜的長度實現兩種開關導通的先后順序，由MOSFET開關先行導通再控制雪崩三極管導通。

優選的，所述發生器采用電子器件，元器件和模塊集成在全屏蔽的金屬盒中，電源和測量電纜通過盒上的端口相連，使用過程中接通電源調節直流模塊的輸出電壓即可。

本發明基于另一目的提供的一種高壓方波發生器實現方法，其改進之處在于，所述方法包括：

（1）高壓直流電源對儲能電容預充電；