設(shè)計(jì)過(guò)程中為解決放電球隙K 與高壓直流電源U 的共地問(wèn)題，以便使球隙K 的放電容易由電路控制，因此在圖2所示的標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)浠A(chǔ)上，將拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)稍做變形，形成了本設(shè)計(jì)中實(shí)際采用的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖3 所示。圖中儲(chǔ)能電容Cc 的充、放電過(guò)程同上，區(qū)別在于充電時(shí)的充電電阻變成了Rc＋Rs，但因Rc ＞＞ Rs，不會(huì)明顯影響浪涌沖擊頻度。

圖3 實(shí)際采用的高壓主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　3 電路結(jié)構(gòu)與原理

　　本裝置在電路上由高壓回路、控制回路、電源電路3 部分構(gòu)成。其中高壓回路是本裝置的主回路，控制回路為從屬回路?？刂苹芈酚脕?lái)對(duì)高壓回路中儲(chǔ)能電容Cc 的充電電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并控制高壓回路在預(yù)先設(shè)定的高壓峰值下點(diǎn)火放電，進(jìn)而形成圖1 所示的浪涌電壓波形。

　　3.1 高壓回路

　　圖4 是本裝置的高壓回路原理圖。高壓回路由高壓直流電源U=2 700 V、充電電阻Rc=100 kΩ、儲(chǔ)能電容Cc =20 μF、半峰值時(shí)間形成電阻Rs=50 Ω、波前時(shí)間形成電容Cs=0.2 μF、匹配電阻R_m1=15 Ω、R_m2=25 Ω 及放電球隙K 組成。其中：放電球隙K 的正、負(fù)電極間距約4 mm，大于2.5kV 的放電間距（約2.5 mm），并在K的正、負(fù)極之間設(shè)置了第3 電極k， 以便由控制回路按預(yù)先設(shè)定的2.5 kV 輸出電壓峰值，由第三電極k 產(chǎn)生點(diǎn)火脈沖強(qiáng)制點(diǎn)火，誘使球隙K擊穿。

圖4 高壓回路原理圖

　　3.2 控制回路

　　圖5 是本裝置的控制回路原理圖?？刂苹芈酚?a target="_blank">電子線路構(gòu)成?？刂苹芈穼?duì)電容Cc 上的充電電壓采樣后，根據(jù)事先設(shè)定的放電電壓值，再由控制回路通過(guò)第3 電極k 向放電球隙K 的正、負(fù)極之間送入點(diǎn)火脈沖的方法，誘使放電球隙K 放電導(dǎo)通，從而使開(kāi)路輸出脈沖峰值得到比用常規(guī)方法（即調(diào)整球隙K 間距）更為的控制。

　　由圖5 可見(jiàn)， 本裝置的控制回路以時(shí)基芯片NE555 為。NE555 在電路中被接成施密特觸發(fā)器形式，由第7 腳作為輸出端。來(lái)自圖4 中儲(chǔ)能電容Cc 兩端的充電電壓被電阻R1、R2分壓， 經(jīng)電容C1濾除干擾， 送入NE555 第2、6腳，作為采樣電壓。當(dāng)Cc 充電電壓達(dá)到由R1、R2設(shè)定的峰值2 500 V 時(shí)，NE555 第2、6 腳到達(dá)高閾值，NE555 狀態(tài)翻轉(zhuǎn)、第7 腳變低，使三極管V1截止、可控硅T1導(dǎo)通，已存儲(chǔ)于電容C3上的電壓經(jīng)T1向升壓變壓器B 的初級(jí)N1放電，N1所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)經(jīng)高壓脈沖變壓器B 升壓，由次級(jí)N2輸出上萬(wàn)伏的高壓點(diǎn)火脈沖， 誘使圖4 中的放電球隙K 導(dǎo)通、Cc 放電，由高壓回路輸出浪涌電壓脈沖。與此同時(shí)，隨著Cc 放電，NE555 第2、6 腳電位回落， 到達(dá)低閾值時(shí)第7腳重新被電阻R5上拉，使V1導(dǎo)通、T1關(guān)斷、電路復(fù)原。隨后圖4 中Cc 和圖5 中C3被再次充電， 電路進(jìn)入下一個(gè)工作周期。圖5 中，箝位二極管D1、D2用于在電路工作異常時(shí)保護(hù)NE555。

圖5 控制回路原理圖

　　3.3 電源電路

　　本裝置的電源電路分為高壓部分和低壓部分。圖6 是高壓直流電源的形成原理， 圖7 是控制回路的直流12 V 工作電源的形成原理。

圖6 高壓直流電源的形成原理

圖7 12V 工作電源的形成原理

　　圖6 中， 用來(lái)為圖4 儲(chǔ)能電容Cc 充電的高壓直流電源U=2 700 V 由懸浮的AC220V 經(jīng)多倍壓整流得到。為與電網(wǎng)安全隔離并獲得控制回路所需的AC12V 電壓， 設(shè)計(jì)中利用兩只變壓器級(jí)聯(lián)。先由一只變壓器完成市電AC220V 至AC12V 隔離降壓變換，再由另一只變壓器反用，實(shí)現(xiàn)AC12V至懸浮AC220V 的升壓變換。兩變壓器之間的AC12V 可作為低壓電源的交流輸入。采用兩只變壓器的另一個(gè)好處是免除了價(jià)格高、體積大的1:1 隔離變壓器。

　　圖7 中，AC12V 經(jīng)橋式整流、濾波、穩(wěn)壓、濾波，產(chǎn)生控制回路所需的直流12 V 工作電源。

　　4 設(shè)計(jì)指標(biāo)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

　　本裝置的設(shè)計(jì)指標(biāo)以測(cè)試RS232 串口隔離器的實(shí)際需求為依據(jù)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)則是黑龍江省計(jì)量檢定測(cè)試院對(duì)本裝置的實(shí)際檢測(cè)結(jié)果。兩者對(duì)照情況及相對(duì)誤差如表1 所示。

表1 設(shè)計(jì)指標(biāo)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)照表

　　由表1 可見(jiàn)， 本裝置相對(duì)誤差符合國(guó)標(biāo)GB/T17626.5-2008 中關(guān)于波前時(shí)間相對(duì)誤差不大于30%，半峰值時(shí)間相對(duì)誤差不大于20%的規(guī)定，可以作為通信設(shè)備線路浪涌沖擊試驗(yàn)的基本儀器。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　1）本裝置設(shè)計(jì)中，由于測(cè)試串口隔離器所需要的浪涌沖擊峰值電壓（2 500 V）與一般概念上的高壓試驗(yàn)（≥6 kV）相比，輸出電壓等級(jí)較低，所以未采用通過(guò)改變球隙間距設(shè)定放電電壓閾值的常規(guī)方法，而是利用采樣、控制和電子點(diǎn)火方法， 誘使放電球隙K 按照預(yù)先設(shè)定的峰值電壓放電導(dǎo)通，完美地解決了較低電壓等級(jí)下放電球隙間距不易調(diào)整的技術(shù)難題。

　　2）本裝置符合國(guó)標(biāo)GB/T17626.5-2008 技術(shù)要求，并通過(guò)了黑龍江省計(jì)量檢定測(cè)試院的技術(shù)檢測(cè)鑒定， 檢測(cè)編號(hào)：27268-10-0[6]。

　　3） 本裝置在用于DDN-GL-1 型串口隔離保護(hù)器的離線及模擬在線浪涌沖擊試驗(yàn)過(guò)程中，運(yùn)行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)可靠、使用方便，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。