CN106707148A - 一种开关特性测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开关特性测试仪，其包括PC机、微处理器、译码器、开关量执行模块、驱动电路、光耦隔离电路、数模转换电路、第一低通滤波电路、第二低通滤波电路、电压功率放大电路、开关电源电路、保护电路、电流功率放大电路和保护装置。本发明结构设计简单、合理，能够对开关装置进行测试及对故障进行实时检测，操作简单便捷，可以满足不同开关的各类测试要求，使用效果好。

Description

一种开关特性测试仪

技术领域

本发明涉及一种测试仪，具体是一种开关特性测试仪。

背景技术

电力变压器有载分接开关是电力***稳定负荷电压、调整潮流、改善无功分配的重要设备，其可靠运行对变压器和电力***安全运行意义重大。传统的有载分接开关检测方法主要针对单调压绕组有载分接开关的故障进行检测，而电网中还有一定数量的双调压绕组的有载分接开关，如高压直流输电换流站变压器。双调压绕组有载分接开关包含两个调压绕组，并联运行。传统的有载分接开关测试仪只针对单调压绕组有载分接开关进行故障检测，无法识别各条压绕组并联支路具体工作状态，因而具有局限性电力变压器有载分接开关是电力***稳定负荷电压、调整潮流、改善无功分配的重要设备，其可靠运行对变压器和电力***安全运行意义重大。传统的有载分接开关检测方法主要针对单调压绕组有载分接开关的故障进行检测，而电网中还有一定数量的双调压绕组的有载分接开关，如高压直流输电换流站变压器。双调压绕组有载分接开关包含两个调压绕组，并联运行。传统的有载分接开关测试仪只针对单调压绕组有载分接开关进行故障检测，无法识别各条压绕组并联支路具体工作状态，因而具有局限性。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种结构设计简单、合理，能够对开关装置进行测试及对故障进行实时检测，操作简单便捷，可以满足不同开关的各类测试要求，使用效果好的开关特性测试仪。

本发明的技术方案如下：

上述的开关特性测试仪，包括包括PC机、微处理器、译码器、开关量执行模块、驱动电路、光耦隔离电路、数模转换电路、第一低通滤波电路、第二低通滤波电路、电压功率放大电路、开关电源电路、保护电路、电流功率放大电路和保护装置；所述微处理器分别连接所述PC机、译码器、开关量执行模块和数模转换电路；所述译码器分别与所述开关量执行模块、驱动电路和保护装置连接；所述开关量执行模块也与所述保护装置连接；所述驱动电路依次连接所述光耦隔离电路和数模转换电路；所述数模转换电路分别连接所述第一低通滤波电路和第二低通滤波电路，所述数模转换电路由所述第一低通滤波电路连接所述电压功率放大电路，所述数模转换电路由所述第二低通滤波电路连接所述电流功率放大电路；所述开关电源电路和保护电路均一端连接所述电压功率放大电路，另一端连接所述电流功率放大电路；同时，所述电压功率放大电路和电流功率放大电路还均与所述保护装置连接。

所述开关特性测试仪，其中：所述开关电源电路是由电感L1、电感L2、电感L6、变压器T、熔断器FU、电容C1～C13、电阻R1～R11、整流器Q、二极管VD1～VD5、芯片U1、光电耦合器U2和可控精密稳压源U3连接组成；所述变压器T包括电压输入线圈L3、电压输出线圈L4和L5；所述电感L2和电容C9组成了单极EMI滤波电路，所述整流桥Q和电容C1组成了整流滤波电路，所述电感L6和电容C8组成了输出滤波电路，所述芯片U1、电阻R1和电阻R2组成了电压前馈控制电路，所述光电耦合器U2和可控精密稳压源U3组成了光耦反馈控制电路。

所述开关特性测试仪，其中：所述芯片U1型号为TOP244Y，所述光电耦合器U2型号为PC817C，所述可控精密稳压源U3型号为TL431；

所述整流器Q的1号输入端连接电感L1一端，所述电感L1另一端连接所述熔断器FU一端，所述熔断器FU另一端连接220V交流电；所述整流器Q的3号输入端通过所述电感L2连接220V交流电；所述电容C9一端连接于所述电感L1与熔断器FU之间的连接点，所述电容C9另一端连接220V交流电；所述整流器Q的2号输出端连接所述芯片U1的4号引脚，所述整流器Q的4号输出端连接所述电压输入线圈L3一端，所述电压输入线圈L3另一端连接所述芯片U1的6号引脚；

所述电容C1连接于所述整流器Q的2号输出端和4号输出端之间；所述电阻R2和电阻R4串接后并联于电容C1两端；所述二极管VD1的阳极端连接所述芯片U1的6号引脚，阴极端连接所述二极管VD5的阴极端；所述二极管VD5的阳极端连接所述整流器Q的4号输出端；所述电容C2一端连接所述整流器Q的4号输出端，另一端通过所述电阻R3连接于所述二极管VD1和VD5的阴极端；所述电阻R1一端连接所述芯片U1的2号引脚，另一端连接所述整流器Q的4号输出端；所述芯片U1的3号引脚连接于所述电阻R2和R4之间的连接点；所述电容C4一端连接所述芯片U1的1号引脚，另一端连接所述芯片U1的4号引脚；所述电阻R5一端连接所述芯片U1的1号引脚，另一端连接所述电容C5并通过所述电容C5连接所述芯片U1的4号引脚；所述电容C10一端连接所述电压输入线圈L3一端，另一端连接所述电压输出线圈L4一端；所述二极管VD3的阳极端连接所述电压输出线圈L4另一端，阴极端通过所述电感L6连接所述电压输出端口A；所述电容C12和电阻R11串接后并联于所述二极管VD3两端；所述电容C6和C7均一端连接所述二极管VD3的阴极端，另一端连接所述电压输出线圈L4一端；所述电容C8一端连接所述电压输出端口A，另一端连接所述电压输出端口B；所述二极管VD2的阳极端连接所述电压输出线圈L5一端，阴极端连接所述光电耦合器U2内光敏三极管集电极；所述电压输出线圈L5另一端连接所述芯片U1的4号引脚；所述光电耦合器U2内光敏三极管发射极连接所述芯片U1的1号引脚；所述电容C3一端连接所述芯片U1的4号引脚，另一端连接所述光电耦合器U2内光敏三极管集电极；所述光电耦合器U2内发光二极管阳极连接所述二极管VD3的阴极端，所述光电耦合器U2内发光二极管阴极通过所述电阻R6连接所述可控精密稳压源U3的K极，所述可控精密稳压源U3的A极连接所述电压输出端口B；所述电阻R7一端连接所述光电耦合器U2内发光二极管阳极，另一端串接所述电容C13并通过所述电容C13连接至所述电压输出端口B；所述二极管VD4的阳极端连接所述光电耦合器U2内发光二极管阴极，所述二极管VD4的阴极端连接于所述电阻R7与电容C13之间的连接点；所述电阻R9一端连接所述电压输出端口A，另一端通过所述电阻R10连接所述电压输出端口B；所述电容C11一端连接于所述可控精密稳压源U3的K极，另一端所述电阻R8连接于所述电阻R9与R10之间的连接点；所述可控精密稳压源U3的R极也连接于所述电阻R9与R10之间的连接点。

所述开关特性测试仪，其中：所述数模转换电路采用7路D/A转换且经转换后的信号为正弦波信号，其中4路转换通过所述第一低通滤波电路连接所述电压功率放大电路，剩下的3路转换通过所述第二低通滤波电路连接所述电流功率放大电路。

所述开关特性测试仪，其中：所述微处理器2的型号为TMS320F206；所述译码器的型号为ispLSI1016；所述驱动电路采用芯片74HC244；所述光耦隔离电路采用TLP521-4光电耦合器；所述数模转换电路采用数模转换芯片AD669。

有益效果：

本发明开关特性测试仪结构简单，设计合理，能够对开关装置进行测试及对故障进行实时检测，操作简单便捷，可以满足不同开关的各类测试要求，同时对开关电源部分进行优化设计，用减少极限电流的方法，允许将体积更小的高频变压器设计在连续模式下工作，从而降低了初级和次级的峰值电流，这样能降低功耗以及初级元器件的耐压值，安全性高，使用效果好，推广价值高。

附图说明

图1为本发明开关特性测试仪的电路结构框图；

图2为本发明开关特性测试仪的开关电源电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、2所示，本发明开关特性测试仪，包括PC机1、微处理器2、译码器3、开关量执行模块4、驱动电路5、光耦隔离电路6、数模转换电路7、第一低通滤波电路8、第二低通滤波电路9、电压功率放大电路10、开关电源电路11、保护电路12、电流功率放大电路13和保护装置14。

该微处理器2的型号TMS320F206，其分别连接PC机1、译码器2、开关量执行模块4和数模转换电路7。该译码器3的型号为i spLSI1016，其分别与开关量执行模块4、驱动电路5和保护装置14连接；该开关量执行模块4也与该保护装置14连接。该驱动电路5采用芯片74HC244，其依次连接光耦隔离电路6和数模转换电路7；其中，该光耦隔离电路6采用TLP521-4光电耦合器。

该数模转换电路7采用高性能数模转换芯片AD669，其分别连接第一低通滤波电路8和第二低通滤波电路9，该数模转换电路7通过第一低通滤波电路8连接电压功率放大电路10，该数模转换电路7通过第二低通滤波电路9连接电流功率放大电路13；其中，该数模转换电路7采用7路D/A转换且经转换后的信号为正弦波信号，其中4路转换通过第一低通滤波电路8连接电压功率放大电路10，剩下的3路转换通过第二低通滤波电路9连接电流功率放大电路13。

该开关电源电路11和保护电路12均连接于电压功率放大电路10和电流功率放大电路13之间，同时，该电压功率放大电路10和电流功率放大电路13还均与保护装置14连接。

其中，该开关电源电路11是由电感L1、电感L2、电感L6、变压器T、熔断器FU、电容C1～C13、电阻R1～R11、整流器Q、二极管VD1～VD5、芯片U1、光电耦合器U2和可控精密稳压源U3连接组成；其中，该变压器T包括电压输入线圈L3、电压输出线圈L4和L5；该芯片U1型号为TOP244Y，该光电耦合器U2型号为PC817C，该可控精密稳压源U3型号为TL431,该变压器T为高频变压器。该电感L2和电容C9组成了单极EMI滤波电路，整流桥Q和电容C1组成了整流滤波电路，电感L6和电容C8组成了输出滤波电路，芯片U1、电阻R1和电阻R2组成了电压前馈控制电路，光电耦合器U2和可控精密稳压源U3组成了光耦反馈控制电路。

该整流器Q的1号输入端连接电感L1一端，该电感L1另一端连接熔断器FU一端，该熔断器FU另一端连接220V交流电；该整流器Q的3号输入端连接电感L2并通过电感L2连接220V交流电；该电容C9一端连接于电感L1与熔断器FU之间的连接点，该电容C9另一端连接220V交流电；该整流器Q的2号输出端连接芯片U1的4号引脚，该整流器Q的4号输出端连接变压器T的电压输入线圈L3一端，该变压器T的电压输入线圈L3另一端连接芯片U1的6号引脚；该电容C1连接于整流器Q的2号输出端和4号输出端之间；电阻R2和电阻R4串接后并联于电容C1两端；该二极管VD1的阳极端连接芯片U1的6号引脚，阴极端连接二极管VD5的阴极端；该二极管VD5的阳极端连接整流器Q的4号输出端；电容C2一端连接整流器Q的4号输出端，另一端连接电阻R3并通过电阻R3连接于二极管VD1和VD5的阴极端；电阻R1一端连接芯片U1的2号引脚，另一端连接整流器Q的4号输出端；芯片U1的3号引脚连接于电阻R2和R4之间的连接点；该电容C4一端连接芯片U1的1号引脚，另一端连接芯片U1的4号引脚；该电阻R5一端连接芯片U1的1号引脚，另一端连接电容C5并通过电容C5连接芯片U1的4号引脚；该电容C10一端连接电压输入线圈L3一端，另一端连接电压输出线圈L4一端；二极管VD3的阳极端连接电压输出线圈L4另一端，阴极端连接电感L6并通过电感L6连接电压输出端口A；该电容C12和电阻R11串接后并联于二极管VD3两端；电容C6和C7均一端连接二极管VD3的阴极端，另一端连接电压输出线圈L4一端；该电容C8一端连接电压输出端口A，另一端连接电压输出端口B；该二极管VD2的阳极端连接电压输出线圈L5一端，阴极端连接光电耦合器U2内光敏三极管集电极；电压输出线圈L5另一端连接芯片U1的4号引脚；光电耦合器U2内光敏三极管发射极连接芯片U1的1号引脚；该电容C3一端连接芯片U1的4号引脚，另一端连接光电耦合器U2内光敏三极管集电极；光电耦合器U2内发光二极管阳极连接二极管VD3的阴极端，光电耦合器U2内发光二极管阴极连接电阻R6并通过电阻R6连接可控精密稳压源U3的K极，可控精密稳压源U3的A极连接电压输出端口B；该电阻R7一端连接光电耦合器U2内发光二极管阳极，另一端串接电容C13并通过电容C13连接至电压输出端口B；该二极管VD4的阳极端连接光电耦合器U2内发光二极管阴极，二极管VD4的阴极端连接于电阻R7与电容C13之间的连接点；电阻R9一端连接电压输出端口A，另一端连接电阻R10并通过电阻R10连接电压输出端口B；电容C11一端连接于可控精密稳压源U3的K极，另一端连接电阻R8并通过电阻R8连接于电阻R9与R10之间的连接点；该可控精密稳压源U3的R极也连接于电阻R9与R10之间的连接点。

本发明工作原理：

当启动本发明开关特性测试仪时，开关量执行模块4检测各个电路信号，并将检测结果传给微处理器2，微处理器2对检测结果进行分析处理，当保护装置14存在问题时，微处理器2将问题反馈给PC机1，由PC机1的屏幕输出，当保护装置14没有问题时，PC机1继续通过微处理器2、译码器3、驱动电路5等电路继续给保护装置14发送各种检测信号。

如图2所示，220V市电电源首先经整流滤波电路转为高压直流电,然后通过开关电源电路11和高频开关变压器转为高频率低压脉冲,再经过整流和滤波电路,最终输出低电压的直流电源。同时在输出部分有一个电路通过光耦反馈电路反馈给控制电路,通过控制PWM占空比以达到输出电压稳定。

如图2所示，220V市电电源首先经整流桥Q和单极EMI滤波电路转为高压直流电,然后通过开关电源电路11和变压器T转为高频率低压脉冲,再经过整流滤波电路,最终输出低电压的直流电源；同时在输出部分有一个电路通过光耦反馈控制电路反馈给微处理器2,通过控制PWM占空比以达到输出电压稳定。

电压前馈控制电路是在整流电源到变压器T的电压输入线圈L3前，控制芯片U1通过分析整流的质量，对***进行初步的控制，芯片U1外部具有可编程设定极限电流和输入电压欠压、过压检测功能，因其欠压保护工作电压为100V,过压保护工作电压为450V,即芯片U1在本电路中的直流电压范围为100～450V,一旦超出了该电压范围,芯片U1将自动关闭。当输入电压升高时，利用电阻R2可限制电源的最大输出功率。用减少极限电流的方法，允许将体积更小的高频变压器设计在连续模式下工作，从而降低了初级和次级的峰值电流，这样能降低功耗以及初级元器件的耐压值。

光耦反馈控制电路由芯片U1和可控精密稳压源U3组成，当输出电压发生波动时,经电阻R9和R10分压后得到的取样电压就与可控精密稳压源U3中的2.5V带隙基准电压进行比较,在可控精密稳压源U3的K极上形成误差电压,使可控精密稳压源U3中的发光二极管的工作电流IF产生相应变化,再通过光电耦合器U2去改变控制端电流IC的大小,调节芯片U1的输出占空比,使输出电压不变,从而达到稳压目的。电容C10和电阻R8为频率补偿网络,电阻R6用来设定环路的直流增益；用可控精密稳压源U3来构成外部误差放大器，可提高输出电压的稳定性；可控精密稳压源U3的偏置电流仅为1mA，有助于降低空载损耗；由二极管VD4和电容C13组成软启动电路，避免在启动电源时发生过载现象；当电源断电时，电容C13上的电荷可通过电阻R7泄放掉。

本发明结构设计简单、合理，能够对开关装置进行测试及对故障进行实时检测，操作简单便捷，可以满足不同开关的各类测试要求，使用效果好。

Claims (5)

1.一种开关特性测试仪，其特征在于：所述测试仪包括包括PC机、微处理器、译码器、开关量执行模块、驱动电路、光耦隔离电路、数模转换电路、第一低通滤波电路、第二低通滤波电路、电压功率放大电路、开关电源电路、保护电路、电流功率放大电路和保护装置；

所述微处理器分别连接所述PC机、译码器、开关量执行模块和数模转换电路；所述译码器分别与所述开关量执行模块、驱动电路和保护装置连接；所述开关量执行模块也与所述保护装置连接；所述驱动电路依次连接所述光耦隔离电路和数模转换电路；

所述数模转换电路分别连接所述第一低通滤波电路和第二低通滤波电路，所述数模转换电路由所述第一低通滤波电路连接所述电压功率放大电路，所述数模转换电路由所述第二低通滤波电路连接所述电流功率放大电路；

所述开关电源电路和保护电路均一端连接所述电压功率放大电路，另一端连接所述电流功率放大电路；同时，所述电压功率放大电路和电流功率放大电路还均与所述保护装置连接。

2.如权利要求1所述的开关特性测试仪，其特征在于：所述开关电源电路是由电感L1、电感L2、电感L6、变压器T、熔断器FU、电容C1～C13、电阻R1～R11、整流器Q、二极管VD1～VD5、芯片U1、光电耦合器U2和可控精密稳压源U3连接组成；所述变压器T包括电压输入线圈L3、电压输出线圈L4和L5；所述电感L2和电容C9组成了单极EMI滤波电路，所述整流桥Q和电容C1组成了整流滤波电路，所述电感L6和电容C8组成了输出滤波电路，所述芯片U1、电阻R1和电阻R2组成了电压前馈控制电路，所述光电耦合器U2和可控精密稳压源U3组成了光耦反馈控制电路。

3.如权利要求2所述的开关特性测试仪，其特征在于：所述芯片U1型号为TOP244Y，所述光电耦合器U2型号为PC817C，所述可控精密稳压源U3型号为TL431；

所述整流器Q的1号输入端连接电感L1一端，所述电感L1另一端连接所述熔断器FU一端，所述熔断器FU另一端连接220V交流电；所述整流器Q的3号输入端通过所述电感L2连接220V交流电；所述电容C9一端连接于所述电感L1与熔断器FU之间的连接点，所述电容C9另一端连接220V交流电；所述整流器Q的2号输出端连接所述芯片U1的4号引脚，所述整流器Q的4号输出端连接所述电压输入线圈L3一端，所述电压输入线圈L3另一端连接所述芯片U1的6号引脚；

所述电容C1连接于所述整流器Q的2号输出端和4号输出端之间；所述电阻R2和电阻R4串接后并联于电容C1两端；所述二极管VD1的阳极端连接所述芯片U1的6号引脚，阴极端连接所述二极管VD5的阴极端；所述二极管VD5的阳极端连接所述整流器Q的4号输出端；所述电容C2一端连接所述整流器Q的4号输出端，另一端通过所述电阻R3连接于所述二极管VD1和VD5的阴极端；所述电阻R1一端连接所述芯片U1的2号引脚，另一端连接所述整流器Q的4号输出端；所述芯片U1的3号引脚连接于所述电阻R2和R4之间的连接点；所述电容C4一端连接所述芯片U1的1号引脚，另一端连接所述芯片U1的4号引脚；所述电阻R5一端连接所述芯片U1的1号引脚，另一端连接所述电容C5并通过所述电容C5连接所述芯片U1的4号引脚；所述电容C10一端连接所述电压输入线圈L3一端，另一端连接所述电压输出线圈L4一端；所述二极管VD3的阳极端连接所述电压输出线圈L4另一端，阴极端通过所述电感L6连接所述电压输出端口A；所述电容C12和电阻R11串接后并联于所述二极管VD3两端；所述电容C6和C7均一端连接所述二极管VD3的阴极端，另一端连接所述电压输出线圈L4一端；所述电容C8一端连接所述电压输出端口A，另一端连接所述电压输出端口B；所述二极管VD2的阳极端连接所述电压输出线圈L5一端，阴极端连接所述光电耦合器U2内光敏三极管集电极；所述电压输出线圈L5另一端连接所述芯片U1的4号引脚；所述光电耦合器U2内光敏三极管发射极连接所述芯片U1的1号引脚；所述电容C3一端连接所述芯片U1的4号引脚，另一端连接所述光电耦合器U2内光敏三极管集电极；所述光电耦合器U2内发光二极管阳极连接所述二极管VD3的阴极端，所述光电耦合器U2内发光二极管阴极通过所述电阻R6连接所述可控精密稳压源U3的K极，所述可控精密稳压源U3的A极连接所述电压输出端口B；所述电阻R7一端连接所述光电耦合器U2内发光二极管阳极，另一端串接所述电容C13并通过所述电容C13连接至所述电压输出端口B；所述二极管VD4的阳极端连接所述光电耦合器U2内发光二极管阴极，所述二极管VD4的阴极端连接于所述电阻R7与电容C13之间的连接点；所述电阻R9一端连接所述电压输出端口A，另一端通过所述电阻R10连接所述电压输出端口B；所述电容C11一端连接于所述可控精密稳压源U3的K极，另一端所述电阻R8连接于所述电阻R9与R10之间的连接点；所述可控精密稳压源U3的R极也连接于所述电阻R9与R10之间的连接点。

4.如权利要求1所述的开关特性测试仪，其特征在于：所述数模转换电路采用7路D/A转换且经转换后的信号为正弦波信号，其中4路转换通过所述第一低通滤波电路连接所述电压功率放大电路，剩下的3路转换通过所述第二低通滤波电路连接所述电流功率放大电路。

5.如权利要求1所述的开关特性测试仪，其特征在于：所述微处理器2的型号为TMS320F206；所述译码器的型号为i spLSI1016；所述驱动电路采用芯片74HC244；所述光耦隔离电路采用TLP521-4光电耦合器；所述数模转换电路采用数模转换芯片AD669。