CN115902682A - 一种开关电源过电压测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种开关电源过电压测试装置，属于用电采集终端测试技术领域。本发明的装置包括电压暂降设备、升压变压器和控制器，电压暂降设备对输入的相电压进行暂降，升压变压器将暂降后电压按照设置的变比进行升压，模拟待测开关电源正常工作电压环境，控制器控制电压暂降设备将电压在电压恢复时间内恢复至市电电压，并在恢复至市电电压后控制对升压变压器进行市电电压进行升压，以模拟待测开关电源的过电压环境。通过该装置对开关电源模拟过电压测试，解决测试开关电源时无法调节输出电压幅值以及无法模拟短维持时间过电压测试的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种开关电源过电压测试装置，属于用电采集终端测试技术领域。
背景技术
目前的用电采集终端已经普遍采用开关电源作为供电方式，其优点为能量转换效率高，重量轻；但是也存在一些缺点，例如现场运行的电气环境出现相电压过电压等恶劣情况下，可靠性不高或者抵御输入过电压能力不足的开关电源就会发生故障，导致用电采集终端无法运行。
现有用电采集终端厂家对于产品上开关电源的测试大部分侧重于开关电源输入电压范围、输出功率、转换效率等基本的电源指标测试；对于现场频繁发生的相电压过电压现象无法有效模拟重现，进而无法测试开关电源在上述电气异常情况下的可靠性。
部分厂家专门采购高压直流源（将直流源输出直接连接至开关电源的直流输入端），配合设计的开关控制电路（采用高压MOS管或者高压继电器作为开关），用于模拟上述过电压情景；但是此种方案缺点是成本高，需要增加专门的控制电路，编制对应的控制程序；并且对于继电器类型的开关，其动作时间在10ms以上，无法模拟10ms以内的短时过电压情景。
发明内容
本发明的目的是提供一种开关电源过电压测试装置，用以解决测试开关电源时无法调节输出电压幅值以及无法模拟短维持时间过电压测试的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
本发明的一种开关电源过电压测试装置，包括电压暂降设备、升压变压器和控制器；电压暂降设备的输入端用于连接交流电，输出端与升压变压器的输入侧相连，升压变压器的输出侧用于为待测开关电源提供工作电源，所述电压暂降设备用于通过控制器设置电压跌落幅值和/或跌落维持时间，对输入的相电压进行暂降；所述升压变压器用于将暂降后电压按照设置的变比进行升压，模拟待测开关电源正常工作电压环境；所述控制器控制电压暂降设备将电压在电压恢复时间内恢复至市电电压，并在恢复至市电电压后控制对升压变压器进行市电电压进行升压，以模拟待测开关电源的过电压环境。
有益效果：本发明的开关电源过电压测试装置构成简单，成本较低，包括了电压暂降设备、升压变压器和控制器。电压暂降设备通过设置电压跌落幅值和/或跌落维持时间，对输入的相电压进行暂降，升压变压器根据设置的变比将暂降的电压进行升压，模拟待测开关电源正常工作电压环境和过电压环境，通过增加升压变压器与电压暂降设备结合使用，可以通过调整电压跌落幅值、跌落维持时间、变比进行过电压测试，模拟各种电气环境对待测开关电源测试，且电压跌落幅值调整范围广，维持时间100μs-1000min可调，特别地，能够在任意短时间内对待测开关电源进行过电压测试。
进一步地，所述变比为N2/N1，其中N1为待测开关电源正常供电电压，N2为待模拟的过电压。
进一步地，所述升压变压器采用的是三相四线升压变压器。
进一步地，当需要对待测开关电源进行同一过电压幅值下不同跌落维持时间的测试时，控制器通过设置电压跌落维持时间和电压恢复时间来实现。
有益效果：在同一过电压幅值情况下，本发明的装置可对待测开关电源模拟不同跌落维持时间的测试，该装置操作灵活，能够实现通过测试不同的跌落维持时间对待测开关电源的影响。
进一步地，当需要对待测开关电源进行同一跌落维持时间下不同过电压幅值的测试时，控制器通过调整升压变压器的变比或电压跌落幅值来实现。
有益效果：在同一跌落维持时间情况下，本发明的装置可以对待测开关电源模拟不同过电压幅值情况下的测试，通过不同幅值进行过电压测试，能够实现通过测试不同的过电压幅值对待测开关电源的影响。
进一步地，所述装置还包括整流滤波器，所述整流滤波器的交流侧连接到升压变压器的输出侧，直流侧连接到待测开关电源的输入端。
进一步地，当达到电压恢复时间时，电压暂降设备再次对电压进行暂降，经过升压变压器升压至待测开关电源正常供电电压，模拟待测开关电源由过电压环境恢复至正常工作电压环境。
有益效果：本发明的装置在进行过电压测试后还进行模拟电压环境恢复至正常环境的测试，通过该测试，可以获取到该过电压幅值是否对待测开关电源造成损坏，增加了测试的可靠性。
进一步地，所述装置还包括示波器，所述示波器用于连接到待测开关电源的输出侧，用于将测试结果进行可视化显示。
有益效果：本发明的测试结果可通过示波器进行可视化显示，测试结果更加直观，测试人员可通过该测试结果进行分析，提高了该装置的实用性。
附图说明
图1是本发明的实施例中过电压测试原理框图；
图2是本发明的实施例中利用电压暂降设备及升压变压器进行过电压输出的各阶段示意图；
图3是本发明的实施例中验证搭建的测试平台输出过电压持续100ms时间对应波形图；
图4是本发明的实施例中验证搭建的测试平台输出过电压持续65ms时间、整流滤波后对应波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示的一种开关电源过电压测试装置，包括电压暂降设备、升压变压器和控制器。电压暂降设备的输入侧连接交流电，输出端连接到升压变压器的输入侧，升压变压器的输出侧与整流桥的交流侧相连，整流桥的直流侧与待测开关电源的输入端相连，示波器与待测开关电源的输出端相连。本实施例中的测试装置具体工作过程如下：
为方便理解，本实施例中电压幅值设置为交流电压对应有效值，且针对三相四线交流电只展示出A相电压变化情况。
三相四线220VAC电压输入至电压暂降设备输入端（电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度试验仪），通过控制器设置的电压跌落幅值、跌落维持时间，对输入交流电压进行暂降。其中，电压暂降幅值可调整范围为0%-99%，跌落维持时间调整范围为100μs-1000min。
如图2所示，将第一跌落维持时间设置为t1，通过电压暂降设备后向升压变压器输入暂降后的三相四线电压VA1、VB1、VC1。本实施例只展示A相电压变化情况，则暂降后电压VA1的电压值为V1，暂降后的三相四线电VA1、VB1、VC1经过变比（升压系数）为N2/N1的升压变压器（N1为待测开关电源正常供电电压，通常为220VAC。N2为设定待模拟的过电压），模拟现场正常电压运行，得到的三相电压VA2、VB2、VC2，VA2在电压幅值上接近220VAC，该三相四线电经过输入整流桥后对待测开关电源进行正常电压运行环境的测试，使用示波器显示出第一阶段测试结果，即显示电压值为220VAC的波形。
如图2所示，在电压恢复时间内，将第一阶段中三相四线电压值VA1、VB1、VC1恢复至设备供电电压，本实施例中恢复至220VAC，电压值为220VAC的三相电经过升压变压器后，模拟现场异常情况下的过电压运行，得到对应升压后的三相四线电压VA2、VB2、VC2，其VA2的电压幅值上接近设定的过电压幅值V2，该三相四线电经过输入整流桥后对待测开关电源进行过电压运行环境的测试，使用示波器显示出第二阶段测试结果，即显示电压值为V2的波形。
待过电压测试结束后，模拟现场供电电压由过电压情况恢复至正常情况，暂降后的三相四线电压VA1、VB1、VC1再次恢复至第一阶段时的电压值，即VA1的电压值恢复至V1，VA1、VB1、VC1经过升压变压器后，所对应的三相四线电压VA2、VB2、VC2，在电压幅值上接近220VAC，该三相四线电经过输入整流桥后对待测开关电源进行供电电压运行环境的测试，使用示波器显示供电电压恢复正常时的测试结果。
在实际测试中，一个开关电源往往需要针对不同时间、不同电压幅度情况进行多次模拟测试，根据上述过程，当需要对待测开关电源进行同一过电压幅值情况模拟不同跌落维持时间的环境影响时，控制器通过设置电压跌落维持时间和电压恢复时间来实现，并保持一设定的电压幅值不变。当需要对待测开关电源进行同一跌落维持时间模拟不同过电压幅值的环境影响时，可通过调整升压变压器的变比或电压跌落幅值来实现。例如，针对于三相四线220VAC输入电压的供电电源，可见表1所描述的不同参数配置之间的电压幅值。
表1
。
其中，三相四线电整流滤波后输出直流电压与输入电压关系式为：
。
具体来说，过电压输出配置1：
输入的三相四线电压暂降至110VAC，将升压变压器变比设置为1:2，经升压变压器升压后输出电压为220VAC。在第二跌落阶段，将第一阶段暂降后的电压恢复至220VAC，经过变比设置为1:2的升压变压器后，输出电压为440VAC相电压，该相电压经整流桥整流滤波后的直流电压幅值为1029VDC。
过电压输出配置2：
第一跌落阶段，电压暂降至94.8VAC，将升压变压器变比设置为1:2.3，经该升压变压器升压后输出电压为218VAC。在第二跌落阶段，将第一阶段暂降后的电压恢复至220VAC，经过变比设置为1:2.3的升压变压器后，输出电压为506VAC相电压，该相电压经整流桥整流滤波后的直流电压幅值为1184VDC。
过电压输出配置3：
第一跌落阶段，电压暂降至88VAC，将升压变压器变比设置为1:2.5，经该升压变压器升压后输出电压为220VAC。在第二跌落阶段，将第一阶段暂降后的电压恢复至220VAC，经过升压系数设置为1:2.5的升压变压器后，输出电压为550VAC相电压，该相电压经整流桥整流滤波后的直流电压幅值为1287VDC。
经上述方法过程，本实施例又按照过电压输出配置3对该测试方法搭建测试平台进行验证，将跌落维持时间持续100毫秒，得到对应的过电压波形，如图3所示，其中在对待测开关电源进行过电压测试时出现一定周期的波形。在按照过电压输出配置3的方案基础上施加用电采集终端产品上，对该测试方法搭建测试平台进行验证将跌落维持时间设置为65毫秒，经过整流滤波后电压峰值约为1.3KV所对应的波形如图4所示，在进行过电压测试阶段，待测开关电源的电压不断升高，直到该测试结束后趋于稳定。
经过上述对该测试装置工作原理的描述，该装置包括了电压暂降设备、升压变压器和控制器。电压暂降设备通过设置电压跌落幅值和/或跌落维持时间，对输入的相电压进行暂降，升压变压器根据设置的变比将暂降的电压进行升压，分别模拟待测开关电源正常工作电压环境和过电压环境，通过调整电压跌落幅值、跌落维持时间、变比进行过电压测试，模拟各种电气环境对待测开关电源测试，且电压跌落幅值调整范围广，维持时间100μs-1000min可调，特别地，能够在任意短时间内对待测开关电源进行过电压测试。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种开关电源过电压测试装置，其特征在于，包括电压暂降设备、升压变压器和控制器；电压暂降设备的输入端用于连接交流电，输出端与升压变压器的输入侧相连，升压变压器的输出侧用于为待测开关电源提供工作电源，所述电压暂降设备用于通过控制器设置电压跌落幅值和/或跌落维持时间，对输入的相电压进行暂降；所述升压变压器用于将暂降后电压按照设置的变比进行升压，模拟待测开关电源正常工作电压环境；所述控制器控制电压暂降设备将电压在电压恢复时间内恢复至市电电压，并在恢复至市电电压后控制对升压变压器进行市电电压进行升压，以模拟待测开关电源的过电压环境。
2.根据权利要求1所述的开关电源过电压测试装置，其特征在于，所述变比为N2/N1，其中N1为待测开关电源正常供电电压，N2为待模拟的过电压。
3.根据权利要求1所述的开关电源过电压测试装置，其特征在于，所述升压变压器采用的是三相四线升压变压器。
4.根据权利要求1或2所述的开关电源过电压测试装置，其特征在于，当需要对待测开关电源进行同一过电压幅值下不同跌落维持时间的测试时，控制器通过设置电压跌落维持时间和电压恢复时间来实现。
5.根据权利要求1或2所述的开关电源过电压测试装置，其特征在于，当需要对待测开关电源进行同一跌落维持时间下不同过电压幅值的测试时，控制器通过调整升压变压器的变比或电压跌落幅值来实现。
6.根据权利要求1所述的开关电源过电压测试装置，其特征在于，所述装置还包括整流滤波器，所述整流滤波器的交流侧连接到升压变压器的输出侧，直流侧连接到待测开关电源的输入端。
7.根据权利要求1所述的开关电源过电压测试装置，其特征在于，当达到电压恢复时间时，电压暂降设备再次对电压进行暂降，经过升压变压器升压至待测开关电源正常供电电压，模拟待测开关电源由过电压环境恢复至正常工作电压环境。
8.根据权利要求1或6所述的开关电源过电压测试装置，其特征在于，所述装置还包括示波器，所述示波器用于连接到待测开关电源的输出侧，用于将测试结果进行可视化显示。
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