10 A～2 kA智能化浪涌電流測試儀

0 引 言

隨著(zhù)整流二極管在電子工業(yè)特別是家電行業(yè)的廣泛應用，用戶(hù)對整流二極管的技術(shù)參數要求越來(lái)越嚴格。在國內，生產(chǎn)廠(chǎng)家對整流二極管浪涌電流的測試標準(國標)是在整流二極管的兩端加一個(gè)時(shí)間常數10 ms、導通角為0°～180°的正弦半波脈沖電流。美國國家半導體公司對浪涌電流的測試標準是在整流二極管兩端加上正常的正向整流電流的基礎上再加一個(gè)時(shí)間常數為10 ms或8.3 ms、導通角為O°～180°的正弦半波脈沖電流；日本某電子公司要求生產(chǎn)廠(chǎng)家在整流二極管兩端加連續兩個(gè)時(shí)間常數為10 ms或8.3 ms、導通角為0°～180°的正弦半波脈沖電流。同時(shí)，還要把實(shí)際測量結果用打印機打印出來(lái)。顯然，以前采用截取市電交流波形來(lái)產(chǎn)生時(shí)間常數為10 ms、導通角為0°～180°的正弦半波脈沖的辦法，已經(jīng)行不通了。因此，根據用戶(hù)的要求，以原有的浪涌電流測試儀為基礎，用以8031為核心的單片機及D/A和A/D轉換系統，設計生產(chǎn)新一代智能化浪涌電流測試儀。

1 性能特點(diǎn)

根據國家標準GB/4023-1997提出的浪涌電流的測試標準，參照美國國家半導體公司的測試標準及日本某電子公司的測試標準，研制生產(chǎn)了浪涌電流為10A～2 kA的智能化浪涌電流測試儀。該儀器對整流電流為1 A～lOO A的被測整流二極管和整流電流為1 A～25 A的被測橋式整流器可進(jìn)行如下工作：

a)按被測樣品的技術(shù)要求進(jìn)行正向不重復浪涌電流，IFSM的測試，并測該樣品在浪涌電流時(shí)的正向導通壓降VFM。

b)在對被測樣品浪涌電流過(guò)后的瞬時(shí)施加額定反向電壓的檢測。

c)檢測結果用微型針式打印機打印出來(lái)。

該測試儀的技術(shù)指標如下：能產(chǎn)生2 kA電流的儲能源；具有恒流驅動(dòng)功能；能產(chǎn)生時(shí)間常數為10 ms、8.3 ms，導通角為0°～180°的正弦半波脈沖；體積小，為320 mm(高)×440 mm(寬)×550mm(深)；數字顯示，清晰易讀；具有實(shí)時(shí)打印輸出；浪涌電流值為10 A～2 kA，電流間隔為5 A/擋，根據需要均可在儀器面板上設定；浪涌電流波形為10 ms、8.3 ms兩擋，0°～180°正弦半波脈沖，根據需要可在儀器面板上選擇設置；浪涌電流誤差為≤±2.5％；具有充電電平指示和放電次數顯示；充電時(shí)間為15 s；具有故障指示，監視恒流源有無(wú)故障；根據需要可提供波形監視插座和可控硅柵極信號插座。

2 結構框圖及單元分析

該測試儀器的結構框圖如圖1所示。

其基本工作原理是：在儀器面板上設置好所需的浪涌電流值和時(shí)間常數后，由220V交流電壓經(jīng)變壓整流后對儲能源進(jìn)行充電，達到額定電壓值后，由微處理器控制并發(fā)出一個(gè)時(shí)間常數為10 ms或8.3 ms、導通角為0°～180°正弦半波脈沖加到恒流管驅動(dòng)電路，使恒流管導通。儲能源釋放電流經(jīng)被測樣品和恒流管構成的回路進(jìn)行放電，檢測流經(jīng)被測樣品的電流峰值，即為正向不重復浪涌電流IFSM。檢測被測樣品兩端的電壓值即為正向導通(浪涌時(shí))壓降VFM。

儲能源由質(zhì)量穩定的大容量電解電容器組構成，其容量取決于浪涌電流的最大值。儀器所需電流最大值為2 kA，則儲能源的電流充放容量必須大于2 kA，當t=10 ms時(shí)，根據，I=Q/t，儲能源充電電壓V設計為40 V，I=2 kA，則C=Q/V=0．5 F。當t=8.3 ms時(shí)，C=0.415 F，因此必須具有大于0.5 F容量的電解電容器組。經(jīng)過(guò)實(shí)驗和考慮到電解電容器的誤差及充電時(shí)間要求，最后設計儲能源時(shí)增加到1 F容量，并在結構安裝上盡量減少接觸電阻，保證電流順利釋放。

恒流源驅動(dòng)電路由大功率達林頓管并聯(lián)構成，它的作用是：當儲能源電容器充滿(mǎn)電荷后，由恒流源驅動(dòng)電路對被測樣品控制放電，亦即浪涌電流試驗。根據設計的要求，若采用最大輸出電流為2 kA，則必須有200只最大導通電流為10 A以上的大功率達林頓管并聯(lián)，采用可靠的電流均衡和保護電路，為留有余量，選擇256只。同樣，在結構安裝上盡量減少接觸電阻。

由8031微處理器為主組成的硬件系統、薄膜鍵盤(pán)、軟件系統、微型打印機等構成本儀器的智能化控制系統，經(jīng)D/A轉換，完成浪涌電流值信號、時(shí)間常數信號的產(chǎn)生和設置，對流經(jīng)被測樣品的浪涌電流和導通壓降的檢測，經(jīng)A/D轉換及軟件處理后在儀器面板上以L(fǎng)ED數碼管顯示，打印出實(shí)時(shí)的IFSM值和VFM值。

由D/A轉換器組成的正弦單脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)時(shí)問(wèn)常數為10 ms或8.3 ms、導通角為0°～180°的浪涌電流控制信號，加到恒流源驅動(dòng)電路的大功率達林頓管的基極，則恒流源驅動(dòng)輸出加到被測樣品的浪涌電流始終保持一個(gè)時(shí)間常數為10ms或8.3 ms、導通角為0°～180°的正弦半波脈沖。在恒流源輸出的均衡電阻兩端取出浪涌電流值信號，在被測樣品的兩端取出正向導通(導通時(shí))壓降信號。送到A/D轉換電路，再經(jīng)單片機進(jìn)行數據處理和修正，在儀器面板上由數碼管顯示，若需打印，則按打印按鈕，把被測樣品的實(shí)時(shí)檢測結果(TFSM，VFM)打印出來(lái)。

2 kV可調反向電壓用于被測樣品經(jīng)浪涌電流沖擊測試后加一個(gè)反向電壓再沖擊一下，檢測被測樣品是否既能承受浪涌電流的沖擊，同時(shí)還要經(jīng)受反向電壓的考驗。

另外，根據美國國家半導體公司對整流二極管浪涌電流的測試要求研制生產(chǎn)一個(gè)能夠恒流輸出2 A電流的直流電源，僅限于小電流整流二極管在整流狀態(tài)下的浪涌電流測試，俗稱(chēng)動(dòng)態(tài)測試。

根據日本某電子公司對整流二極管浪涌的測試要求，在程序設計時(shí)附加開(kāi)發(fā)了一個(gè)能同時(shí)發(fā)兩個(gè)連續浪涌電流脈沖的功能模塊。

檢測整流二極管兩端的正向(浪涌時(shí))壓降這一指標在浪涌電流測試標準上沒(méi)有這個(gè)要求，檢測這項參數的目的是在相同的浪涌電流沖擊下，觀(guān)察各被測樣品批次其導通時(shí)的管壓降，用來(lái)檢測生產(chǎn)工藝的一致性，為工藝質(zhì)量保證提供參考依據，橋式整流器中4個(gè)管子改為二極管的管壓降檢測尤其顯得重要。很明顯，如果其中只有某一個(gè)管子在浪涌時(shí)的導通壓降與其它3個(gè)管子有較大的區別，這個(gè)管子在實(shí)際使用中的損壞概率要遠大于另外3個(gè)管子，也就是說(shuō)，這樣的整流器比4個(gè)管子的導通壓降誤差小的橋式整流器的損害概率要大得多。如用其他方法測試橋式整流器導通壓降的一致性是很困難的。因此，用浪涌電流測試外加檢測浪涌時(shí)的導通壓降，無(wú)論是生產(chǎn)廠(chǎng)家還是用戶(hù)都是一項先進(jìn)也是很重要的測試手段。

3 軟件程序

軟件程序如圖2所示。

4 結論與誤差分析

浪涌電流測試儀在實(shí)際工作中，浪涌電流值的測試誤差主要表現在低端50 A以下，高端1.8 kA以上，在另外的中間段的測試誤差都能達到小于2％，比較理想。對高低端測試誤差除了硬件部分以外，主要靠軟件來(lái)補償修正。經(jīng)過(guò)軟件處理以后，在10 A～2 kA的電流范圍內，測試誤差均能達到設計指標，并且重復性很好。采用了面板設置按鈕，操作很方便，數據直觀(guān)清晰。同時(shí)做r另外兩項實(shí)驗：一項是被測試樣品在整流電流為1 A的工作狀態(tài)下再施加浪涌電流沖擊，實(shí)際測試的10個(gè)樣品沒(méi)有一個(gè)損壞，也就是說(shuō)浪涌電流測試儀對被測樣品無(wú)論在靜態(tài)或在動(dòng)態(tài)情況下都能正常工作，整流二極管經(jīng)得住靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的浪涌電流沖擊；另一項是按日本某電子公司標準加連續兩個(gè)正弦半波脈沖，在實(shí)際測試的10個(gè)樣品，損壞率大于50％，可見(jiàn)按日本某電子公司標準對被測樣品進(jìn)行浪涌電流測試的話(huà)，對整流二極管生產(chǎn)廠(chǎng)家提出了更加苛刻的質(zhì)量要求，同時(shí)也證明我們自主研制生產(chǎn)的智能化浪涌電流測試儀是一臺技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量可靠的新型測試儀器，符合國內外整流二極管生產(chǎn)廠(chǎng)家和用戶(hù)對浪涌電流的測試要求。