一种暂态过电压下的PCB闪络特性测试系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种暂态过电压下的PCB闪络特性测试系统及方法，有较高的推广性。通过本发明专利技术的测试系统及方法，可以使用较小功率的电压源实现PCB暂态过电压下的闪络特性测量；同时，可实现暂态过电压下闪络电压的自动识别及闪络发生后脉冲电源的自动停止，保护被测的测试试样安全。试样安全。试样安全。

【技术实现步骤摘要】
一种暂态过电压下的PCB闪络特性测试系统及方法


[0001]本专利技术属于高电压与绝缘特性测试
，具体涉及一种暂态过电压下的PCB闪络特性测试系统及方法及系统。

技术介绍

[0002]在航空器等飞行器内，由于设备自身体积的限制，其大功率电源设备往往采用印刷电路板(PCB)这一紧凑型结构设计。但由于印刷电路截面积不足，需流经较大电流的输入或输出线路往往采用由铜质或航空铝等材质制作的汇流条结构，并采用焊接的方式固定于PCB表面。
[0003]然而，由于航空器飞行高度的变化，其内部非密封电源设备内的气压将发生变化。且在飞行器负载设备的开端过程中，无法避免的将在电路中产生数倍于输出电压的暂态过电压，这一暂态过电压直接作用于汇流条等PCB重要器件，极易在较低的气压下引发放电并由于较大的电源功率引发闪络及电弧，极大威胁着航空器电源PCB的稳定运行及航空器自身安全。
[0004]目前，针对PCB设备闪络特性的研究主要依靠大功率电源设备引发闪络及稳定电弧，而该类设备往往具有较大的体积及成本，且测试过程中由于持续闪络的发生，往往导致试样仅可进行单次测试，不利于重复试验的开展。且已有的测试装备中往往采用恒定的直流或交流电源进行测试，该类测试只针对稳态下引发的闪络特性进行研究，对于暂态过电压下的研究则略显不足。同时，由于暂态过电压往往采用容性设备储能放电实现，其功率往往较低，且无法连续触发，往往设计为以一定频率间歇性触发。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种暂态过电压下的PCB闪络特性测试系统及方法，采用基于雪崩三极管击穿的多级脉冲电路作为电压源产生高压，产生具有快速ns级上升时间及下降时间的暂态过电压，用以测试暂态过电压下的PCB闪络特性；同时，引入闪络信号识别电路，实现闪络电压的自动识别，完成在较小的电源功率下实现对于PCB测试试样闪络特性的测量。
[0006]本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种暂态过电压下的PCB闪络特性测试系统，其特征在于：包括实验箱、脉冲电源、示波器、高频电流互感器、闪络信号识别电路、单片机闭锁电路及脉冲电源触发控制模块，所述试验箱内放置有PCB测试试样，所述PCB测试试样上对称设置有两条汇流条，一条汇流条连接至所述脉冲电源，另一条汇流条通过高频电流互感器后接地，所述高频电流互感器连接至所述闪络信号识别电路，所述闪络信号识别电路连接至所述单片机闭锁电路，所述单片机闭锁电路连接至所述脉冲电源触发控制模块，所述脉冲电源触发控制模块连接至所述脉冲电源，所述单片机闭锁电路还连接至所述示波器，所述示波器连接至所述脉冲电源。
[0008]而且，所述脉冲电源包括触发电路及级联电路，所述触发电路的输出端串联连接
有若干级联电路，所述级联电路的输出端输出纳秒脉冲输出电压；
[0009]所述触发电路包括第一电容、第二电阻、第一雪崩三极管、第一电阻、第二电容、第二雪崩三极管、第三电阻及第四电阻，所述第一电容的一端接入方波控制信号，所述第一电容的另一端并联连接至第二电阻的一端及第一雪崩三极管的基极，所述第二电阻的另一端分别并联连接至接地端及第一雪崩三极管的发射极，所述第三雪崩三极管的集电极分别并联连接至第一电阻及第二电容的一端，所述第一电阻的另一端分别接入直流电压输入及第三电阻的一端，所述第二电容的另一端分别连接至第二雪崩三极管的基极及第四电阻的一端，所述第三电阻的另一端分别连接至第二雪崩三极管的集电极及触发输出端，所述第二雪崩三极管的发射极连接至所述第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端分别连接至第一雪崩三极管的发射极及第二电阻的另一端；
[0010]所述级联电路包括第三电容、第三雪崩三极管、第五电阻及第六电阻，所述第三电容的一端连接至触发电路的触发输出端，所述第三电容的另一端分别连接至所述第三雪崩三极管的基极及第六电阻的一端，所述第三雪崩三极管的集电极分别连接连接至第五电阻一端及级联输出端，所述第五电阻另一端接入直流电压输入，所述第三雪崩三极管的发射极连接至所述第六电阻一端，所述第六电阻另一端连接接地端。
[0011]而且，所述闪络信号识别电路包括闪络电容及TL3016C电压比较器，所述闪络电容的输入端接入高频电流互感器的输出信号，所述闪络电容的输出端连接闪络第一电阻，所述闪络第一电阻的输出端并联连接有闪络第二电阻及TL3016C电压比较器，所述TL3016C电压比较器及闪络第二电阻的输出端均连接有闪络第三电阻，所述闪络第三电阻输出端输出TTL高电平并输入至单片机闭锁电路，所述闪络第三电阻输出端并联连接有闪络第四电阻及闪络第五电阻，所述TL3016C电压比较器、闪络第四电阻及闪络第五电阻均接地，所述闪络第一电阻、闪络第二电阻、TL3016C电压比较器、闪络第三电阻、闪络第四电阻及闪络第五电阻构成迟滞电压比较器。
[0012]一种暂态过电压下的PCB闪络特性测试方法，其特征在于：所述测试方法的步骤为：
[0013]1)测试试样准备：将两根汇流条对称焊接于PCB表面形成PCB测试试样，使用酒精清理PCB测试试样并置于干燥箱内烘干；
[0014]2)脉冲电源确定：根据测试需要确定所需级联电路的数量，并将触发电路与多级级联电路串联连接，构成脉冲电源；
[0015]3)测试系统搭建：将烘干后的PCB测试试样置于实验箱内，并将实验箱、脉冲电源、示波器、高频电流互感器、闪络信号识别电路、单片机闭锁电路及脉冲电源触发控制模块连接，形成测试系统；
[0016]4)闪络起始电压值测试：给脉冲电源方波控制信号，产生纳秒脉冲暂态过电压，纳秒脉冲暂态过电压信号经过PCB测试试样，PCB测试试样上的汇流条发生闪络形成高频电流信号，高频电流互感器将高频电流信号转化为电压信号，电压信号通过闪络信号识别电路进行信号识别并产生TTL高电平，输出至单片机闭锁电路，单片机闭锁电路采用STM32L151C8T6单片机，且将连接闪络信号识别电路的I/O管脚设定为外部终端模式，并设定为上升沿触发模式，当闪络信号识别电路输出TTL高电平的方波信号时，I/O管脚识别出外部中断事件，当单片机在100ms内连续发生大约10次外部中断时，即判定为闪络发生；单
片机连接脉冲电源触发控制模块的I/O管脚设定为输出模式，当闪络发生时，此管脚立即输出高电平信号，此信号用以控制脉冲电源触发控制模块使其停止触发信号的输出，从而停止脉冲电压的发生；同时，单片机通过USB通信芯片CH340与示波器通信，当单片机判定闪络发生时，发送指令使示波器暂停，示波器的当前脉冲电压幅值即为闪络起始电压值。
[0017]本专利技术的优点和有益效果为：
[0018]1、本专利技术的测试对象为航空器中电源PCB上的汇流条，在测试过程中通过本专利技术的测试系统可以实现使用较小的电源完成其闪络电压的确定。
[0019]2、本专利技术的脉冲电源为包括触发电路及若干级联电路的脉冲电源，能够产生纳秒脉冲暂态过电压，从而实现不同电压级别脉冲的产生。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种暂态过电压下的PCB闪络特性测试系统，其特征在于：包括实验箱、脉冲电源、示波器、高频电流互感器、闪络信号识别电路、单片机闭锁电路及脉冲电源触发控制模块，所述试验箱内放置有PCB测试试样，所述PCB测试试样上对称设置有两条汇流条，一条汇流条连接至所述脉冲电源，另一条汇流条通过高频电流互感器后接地，所述高频电流互感器连接至所述闪络信号识别电路，所述闪络信号识别电路连接至所述单片机闭锁电路，所述单片机闭锁电路连接至所述脉冲电源触发控制模块，所述脉冲电源触发控制模块连接至所述脉冲电源，所述单片机闭锁电路还连接至所述示波器，所述示波器连接至所述脉冲电源。2.根据权利要求1所述的暂态过电压下的PCB闪络特性测试系统，其特征在于：所述脉冲电源包括触发电路及级联电路，所述触发电路的输出端串联连接有若干级联电路，所述级联电路的输出端输出纳秒脉冲输出电压；所述触发电路包括第一电容、第二电阻、第一雪崩三极管、第一电阻、第二电容、第二雪崩三极管、第三电阻及第四电阻，所述第一电容的一端接入方波控制信号，所述第一电容的另一端并联连接至第二电阻的一端及第一雪崩三极管的基极，所述第二电阻的另一端分别并联连接至接地端及第一雪崩三极管的发射极，所述第三雪崩三极管的集电极分别并联连接至第一电阻及第二电容的一端，所述第一电阻的另一端分别接入直流电压输入及第三电阻的一端，所述第二电容的另一端分别连接至第二雪崩三极管的基极及第四电阻的一端，所述第三电阻的另一端分别连接至第二雪崩三极管的集电极及触发输出端，所述第二雪崩三极管的发射极连接至所述第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端分别连接至第一雪崩三极管的发射极及第二电阻的另一端；所述级联电路包括第三电容、第三雪崩三极管、第五电阻及第六电阻，所述第三电容的一端连接至触发电路的触发输出端，所述第三电容的另一端分别连接至所述第三雪崩三极管的基极及第六电阻的一端，所述第三雪崩三极管的集电极分别连接连接至第五电阻一端及级联输出端，所述第五电阻另一端接入直流电压输入，所述第三雪崩三极管的发射极连接至所述第六电阻一端，所述第六电阻另一端连接接地端。3.根据权利要求1所述的暂态过电压下的PCB闪络特性测试系统，其特征在于：所述闪络信号识别电路包括闪络电容及TL3016C电压比较器，所述闪络电容的输入端接入高...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩涛，胡俊杰，韩潇，侯志鹏，李强，
申请(专利权)人：天津航空机电有限公司，
类型：发明
国别省市：