10 A～2 kA智能化浪涌電流測試儀

0 引 言

隨著整流二極管在電子工業(yè)特別是家電行業(yè)的廣泛應用，用戶對整流二極管的技術參數要求越來越嚴格。在國內，生產廠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時間常數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時間常數為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廠家在整流二極管兩端加連續(xù)兩個時間常數為10 ms或8.3 ms、導通角為0°～180°的正弦半波脈沖電流。同時，還要把實際測量結果用打印機打印出來。顯然，以前采用截取市電交流波形來產生時間常數為10 ms、導通角為0°～180°的正弦半波脈沖的辦法，已經行不通了。因此，根據用戶的要求，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(tǒng)，設計生產新一代智能化浪涌電流測試儀。

1 性能特點

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行如下工作：

a)按被測樣品的技術要求進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的正向導通壓降VFM。

b)在對被測樣品浪涌電流過后的瞬時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。

該測試儀的技術指標如下：能產生2 kA電流的儲能源；具有恒流驅動功能；能產生時間常數為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；具有實時打印輸出；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；充電時間為15 s；具有故障指示，監(jiān)視恒流源有無故障；根據需要可提供波形監(jiān)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間常數后，由220V交流電壓經變壓整流后對儲能源進行充電，達到額定電壓值后，由微處理器控制并發(fā)出一個時間常數為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電路，使恒流管導通。儲能源釋放電流經被測樣品和恒流管構成的回路進行放電，檢測流經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)壓降VFM。

儲能源由質量穩(wěn)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，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，C=0.415 F，因此必須具有大于0.5 F容量的電解電容器組。經過實驗和考慮到電解電容器的誤差及充電時間要求，最后設計儲能源時增加到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電荷后，由恒流源驅動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(tǒng)、薄膜鍵盤、軟件系統(tǒng)、微型打印機等構成本儀器的智能化控制系統(tǒng)，經D/A轉換，完成浪涌電流值信號、時間常數信號的產生和設置，對流經被測樣品的浪涌電流和導通壓降的檢測，經A/D轉換及軟件處理后在儀器面板上以LED數碼管顯示，打印出實時的IFSM值和VFM值。

由D/A轉換器組成的正弦單脈沖信號發(fā)生器產生一個時問常數為10 ms或8.3 ms、導通角為0°～180°的浪涌電流控制信號，加到恒流源驅動電路的大功率達林頓管的基極，則恒流源驅動輸出加到被測樣品的浪涌電流始終保持一個時間常數為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)壓降信號。送到A/D轉換電路，再經單片機進行數據處理和修正，在儀器面板上由數碼管顯示，若需打印，則按打印按鈕，把被測樣品的實時檢測結果(TFSM，VFM)打印出來。

2 kV可調反向電壓用于被測樣品經浪涌電流沖擊測試后加一個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，同時還要經受反向電壓的考驗。

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一個能夠恒流輸出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，俗稱動態(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，在程序設計時附加開發(fā)了一個能同時發(fā)兩個連續(xù)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)壓降這一指標在浪涌電流測試標準上沒有這個要求，檢測這項參數的目的是在相同的浪涌電流沖擊下，觀察各被測樣品批次其導通時的管壓降，用來檢測生產工藝的一致性，為工藝質量保證提供參考依據，橋式整流器中4個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管子在浪涌時的導通壓降與其它3個管子有較大的區(qū)別，這個管子在實際使用中的損壞概率要遠大于另外3個管子，也就是說，這樣的整流器比4個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的導通壓降，無論是生產廠家還是用戶都是一項先進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際工作中，浪涌電流值的測試誤差主要表現(xiàn)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，主要靠軟件來補償修正。經過軟件處理以后，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，數據直觀清晰。同時做r另外兩項實驗：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，實際測試的10個樣品沒有一個損壞，也就是說浪涌電流測試儀對被測樣品無論在靜態(tài)或在動態(tài)情況下都能正常工作，整流二極管經得住靜態(tài)和動態(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(xù)兩個正弦半波脈沖，在實際測試的10個樣品，損壞率大于50％，可見按日本某電子公司標準對被測樣品進行浪涌電流測試的話，對整流二極管生產廠家提出了更加苛刻的質量要求，同時也證明我們自主研制生產的智能化浪涌電流測試儀是一臺技術先進、質量可靠的新型測試儀器，符合國內外整流二極管生產廠家和用戶對浪涌電流的測試要求。