专利名称：一种测试熔断器抗浪涌电流冲击能力的装置以及方法
技术领域：
本发明用于测试熔断器电流冲击能力和熔断特性，具体为一种测试熔断器抗浪涌电流冲击能力的装置以及方法。
背景技术：
在感性和容性的电路中，电路在开机时会产生瞬间的浪涌大电流，熔断器的熔丝受到浪涌冲击时会产生热胀冷缩的机械冲击效应，极端情况下，连续的多次浪涌冲击会使熔丝截面产生裂缝，甚至直接冲断熔丝，使熔断器失效。本发明提供一种浪涌脉冲发生装置，模拟熔断器使用时可能受到的浪涌电流冲击，测试熔断器的熔断可靠性，量化熔断器熔断特性参数，使熔断器使用者对熔断器特性进一步掌握。为掌握宇航用高可靠熔断器存在的潜在质量与可靠性问题，根据ECCC GenericSpecification N0.4008和MIL_PRF_23419G以及GJB5850等相关测试方法，对熔断器性能进行极限评估，采用常规加严试验条件或施加步进式应力的试验方法，考察高可靠熔断器的热应力、电应力等极限情况，摸底其极限能力。为在宇航严酷的应用环境下，提供参考依据。在极限评估试验中，抗浪涌电流冲击是必不可少的考察对象，因为在熔断器的应用电路中经常会产生短暂的浪涌电流，由于输入滤波电容迅速充电，所以该浪涌电流远远大于稳态输入电流，从而使熔丝产生机械疲劳，降低熔断丝寿命，甚至在有些情况下，它能够冲断熔断丝。浪涌电流往往是多个的、连续的脉冲，会使熔丝产生热量，改变其熔丝阻值，因此对于宇航应用时，衡量熔断器是否能承受一定量的电流冲击是相当重要的。在极限评估试验中，熔断器安秒特性(熔断器的动作是靠熔体的熔断来实现的，当电流较大时，熔体熔断所需的时间就较短。而电流较小时，熔体熔断所需用的时间就较长，甚至不会熔断。因此对熔体来说，其动作电流和动作时间特性即熔断器的安秒特性，为反时限特性)也是需特别关注的特性。因为熔断器的熔断特性主要考虑保护功能，希望其在电路出现故障过流时能够及时可靠切断电流。这就要求熔断器的熔断速度快一些；而熔化热能值主要考虑承载功能，希望熔断器在电路开关瞬间出现非故障脉冲电流时能够承受，这就要求熔断器的反应速度适当慢一些；因此需对熔断器的熔断时间进行极限考核，从而对在不同电流条件下，熔断时间有所掌握，指导设计师选用。因此，针对宇航用熔断器开展抗浪涌电流极限能力的测试，使用浪涌脉冲电流对熔断器进行电冲击。通过测量熔断器阻值变化率、电压降等参数，评估熔断器的抗浪涌电流能力。还需要针对宇航用熔断器开展不同电流条件下熔断器熔断时间的测试，从而得出安秒曲线。熔断器按照常规要求，不必进行脉冲电流性能测试。但对于航天用熔断器，由于高可靠性的要求，其抗浪涌电流冲击能力测试是很有必要的。因为在感性和容性的电路中，电路在开机时会产生瞬间的浪涌大电流，熔断器的熔丝受到浪涌冲击时会产生热胀冷缩的机械冲击效应，极端情况下，连续的多次浪涌冲击会使熔丝截面产生裂缝，甚至直接冲断熔丝，使熔断器失效。
电路的浪涌电流波形是多样的，有可能是正弦波、三角波、锯齿波…，其能量是可以等效计算。常用的试验电路，可以采用‘555’等电路搭建脉冲发生电路，图2所示，因为受制于电源，其脉冲电流值不会太高，太高的话，易产生过冲。同时脉冲调制电路的脉冲占空比设置不能轻易改变。目前普遍使用熔断器熔断特性测试仪有2种。一种是用恒流源搭建的测试台，图3所示，这种测试电路中的直流电源是市售的恒流电源，输出过载电流，在通过计时器(通常采用频率计)来同步记录熔断器的熔断时间。这种测试装置实际使用有很受大的限制。主要缺点有:(1)输出中存在开关脉冲电流，电源使用的恒流电源是把市电通过整流、滤波、稳流来得到恒定的直流电流，其中必定存在着峰值电流相当大的开关脉冲电流，这种开关电流可以达到正常输出电流的好几倍，虽然时间只有几十或几百微秒，但足够可以对熔断器产生额外的冲击，甚至会直接冲断熔芯。航天用熔断器属于超快速反应的熔断器，其在600%熔断时的熔断时间只有几百微秒，所以用这种测试装置无法真实测量熔断器的熔断时间；(2)输出功率小，航天器用熔断器的测试条件与民用熔断器的测试条件有所差异。航天器用熔断器的熔断时间测试需要测试电路的开路电压大于等于熔断器的额定电压，一般要大于等于125vdc。同时熔断器的最大规格可达有15A，如果要进行61.(宇航极限考察要求)的熔断时间测试，测试电流要达到90A，这种大功率电源直流输出质量差，不能满足测试要求。所以通常这类测试装置只能适合对开路电压没要求、且测试熔断点低的测试，如250%的低过载的测试。另一类测试仪使用了微处理器来避免加载过载的过冲，但这种加载的过载电流的建立时间过长。从图5中看出过载电流的建立时间到达了 2ms，显然不适合600%熔断时间只为几百毫秒的测试。
发明内容
本发明 的目的在于解决现有技术中的上述不足，提供了一种测试熔断器抗浪涌电流冲击能力的装置。为了实现上述目的，本发明的技术方案为:一种测试熔断器抗浪涌电流冲击能力的装置，包括被测熔断器、监控部分、限流电阻、电子负载、电源，其特征在于:监控部分包括监控示波器和取样电阻，所述取样电阻与被测熔断器、限流电阻、电子负载、电源依次串联构成闭环，所述监控示波器并联在取样电阻两端，所述电源为并联的蓄电池组，所述电子负载用来产生周期性的浪涌脉冲，在所述取样电阻处产生相应的电流脉冲时，通过所述监控示波器监控所述被测熔断器电阻变化和熔断时间。一种使用上述装置测量抗浪涌电流冲击能力的方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤1:用四线法测量被测熔断器内阻；
步骤2:被测熔断器上施加周期性的浪涌脉冲，浪涌脉冲的电流脉冲峰值在被测熔断器的额定电流的2-6倍；
步骤3:对被测熔断器施加一定次数的浪涌脉冲，通过监控示波器监视被测熔断器的状态，如果被测熔断器未失效，使用四线法测量被测熔断器内阻的变化，并与试验前内阻值进行比较，计算得出熔断器阻值变化率；
步骤4:在未失效的被测熔断器上分别施加2.1,2.5和6倍于被测熔断器的额定电流的恒定电流，记录熔断时间；
步骤5:根据熔断器阻值变化率以及熔断时间判断其抗浪涌电流冲击的能力，为熔断器的选用提供数据依据。本发明与现有技术相比，有益效果如下:
(1)产品测试电流加载无过冲，工作稳定可靠，电源使用蓄电池组，输出直流纯正且电流无过冲，特别适合航天用熔断器的熔断测试；
(2)测试电流可任意设置，输出电流大，电路中的电流大小使用电子负载来调节，精度高，且输出电流可高达100A，满足了测试电流范围的要求；
(3)电路开路电压可轻易设置，因为是电池组供电，所以只需增加电池组的组数就可达到所需的测试电压，如要125Vdc的测试电压，串联11节12V的电池组即可；
(4)时间测量精确，对于毫秒和微秒级的熔断时间，最有效的测量手段是采用示波器来记录。示波器不但反应快、计时准确，而且能反应熔断器熔断时的全过程，特别是能反应出熔断器熔断时可能产生的拉弧现象。
图1为本发明的电路原理 图2为现有技术中555电路搭建脉冲发生电路原理 图3为现有技术中横流源搭建的测试台电路原理 图4为本发明示波器监控到的试验输出波形 图5为现有技术中微处理器来避免加载过载的过冲波形 图6为本发明示波器记录到的熔断时间波形。其中，在图1-3中，1:监视示波器；2:取样电阻；3:电路保护熔断器；4:电池组；5:电子开关；6:电子负载；7:限流电阻；8:被测熔断器；9:恒流电源；10:555振荡器；11:计时器。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。本发明的实施例参考图1、4、6所示。图1所示，一种测试熔断器抗浪涌电流冲击能力的装置，包括被测熔断器、监控部分、限流电阻、电子负载、电源，其特征在于:监控部分包括监控示波器和取样电阻，所述取样电阻与被测熔断器、限流电阻、电子负载、电源依次串联构成闭环，所述监控示波器并联在取样电阻两端，所述电源为并联的蓄电池组，所述电子负载用来产生周期性的浪涌脉冲，在所述取样电阻处产生相应的电流脉冲时，通过所述监控示波器监控所述被测熔断器电阻变化和熔断时间。进一步的说，还包括电子开关和电路保护熔断器，所述电子开关处于电源与电子负载之间，所述电路保护熔断器处于电源与取样电阻之间。进一步的说，所述限流电阻为调节阻值范围为0 1Ω的滑线变阻器，用来调整电路中的脉冲电流值；
所述取样电阻的阻值为0.1 Ω ； 所述电子负载为任意波形发生器，输出周期变化的方波脉冲模拟浪涌脉冲，脉冲峰值电流为被测熔断器的额定电流的2-6倍，脉冲持续时间为10ms，周期为10s，或者输出周期变化的正弦波脉冲，脉冲峰值电流为额定电流的2-6倍，周期为10s。使用此装置进行抗浪涌电流冲击试验时，按照输出的脉冲电流大小，选择电池组的电压值及滑线变阻器的电阻器，确保能输出需要的脉冲电流值。按照具体的试验要求设置电子负载参数，包括脉冲峰值电流，脉冲宽度，周期，脉冲次数。图4为示波器监控到的脉冲峰值10A、脉宽200ms、周期10s、上升下降速率为IA/us的试验输出波形。使用浪涌脉冲电流对熔断器进行电冲击。通过测量熔断器阻值变化率、熔断时间等参数，评估熔断器的抗浪涌电流能力。无论是交流还是直流电路使用的熔断器，都用加载直流过载电流，使得熔断器熔芯受热熔断的方式来测试熔断器的熔断时间，所以熔断器的直流是否纯净关系到熔断时间的正确性。且大电流过载时，熔断时间有可能只有几百微秒，如果直流中交流成份过多，其影响会十分严重。对此，本发明提供了一种使用上述装置测量抗浪涌电流冲击能力的方法，其特征在于包括如下步骤:
步骤1:用四线法测量被测熔断器内阻；
步骤2:被测熔断器上施加周期性的浪涌脉冲，浪涌脉冲的电流脉冲峰值在被测熔断器的额定电流的2-6倍；
进一步的说，所述电流脉冲峰值具体为被测熔断器的额定电流的3倍；
步骤3:对被测熔断器施加一定次数的浪涌脉冲，通过监控示波器监视被测熔断器的状态，如果被测熔断器未失效，使用四线法测量被测熔断器内阻的变化，并与试验前内阻值进行比较，计算得出熔断器阻值变化率；
进一步的说，所述浪涌脉冲的施加次数为I万次或者2万次，累计测试周期为100000秒或者200000秒，累计脉冲持续时间100000毫秒或200000毫秒；
步骤4:在未失效的被测熔断器上分别施加2.1,2.5和6倍于被测熔断器的额定电流的恒定电流，记录熔断时间；
步骤5:根据熔断器阻值变化率以及熔断时间判断其抗浪涌电流冲击的能力，为熔断器的选用提供数据依据。图6所示是示波器记录到的熔断时间波形。具体试验条件和结果如下:
1.抗浪涌能力试验
采用此装置对国产某熔断器抗浪涌电流能力进行测试，试验情况如下:
选取6只两种规格熔断器进行试验， a使用正弦波脉冲电流对试验样品进行冲击。b采用的试验脉冲参数如下:
脉冲波形:方波
脉冲峰值电流:3倍额定电流 脉冲持续时间:10ms周期:10s
测试结果如表I所示:
权利要求
1.一种测试熔断器抗浪涌电流冲击能力的装置，包括被测熔断器、监控部分、限流电阻、电子负载、电源，其特征在于:监控部分包括监控示波器和取样电阻，所述取样电阻与被测熔断器、限流电阻、电子负载、电源依次串联构成闭环，所述监控示波器并联在取样电阻两端，所述电源为并联的蓄电池组，所述电子负载用来产生周期性的浪涌脉冲，在所述取样电阻处产生相应的电流脉冲时，通过所述监控示波器监控所述被测熔断器电阻变化和熔断时间。
2.根据权利要求1所述的一种测试熔断器抗浪涌电流冲击能力的装置，其特征在于:还包括电子开关和电路保护熔断器，所述电子开关处于电源与电子负载之间，所述电路保护熔断器处于电源与取样电阻之间。
3.根据权利要求1所述的一种测试熔断器抗浪涌电流冲击能力的装置，其特征在于:所述限流电阻为调节阻值范围为0 1 Ω的滑线变阻器，用来调整电路中的脉冲电流值。
4.根据权利要求1所述的一种测试熔断器抗浪涌电流冲击能力的装置，其特征在于:所述取样电阻的阻值为0.1Ω。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种测试熔断器抗浪涌电流冲击能力的装置，其特征在于:所述电子负载为任意波形发生器，输出周期变化的方波脉冲模拟浪涌脉冲，脉冲峰值电流为被测熔断器的额定电流的2-6倍，脉冲持续时间为10ms，周期为10s，或者输出周期变化的正弦波脉冲，脉冲峰值电流为额定电流的2-6倍，周期为10s。
6.一种使用如权利要求1-5所述的装置测量抗浪涌电流冲击能力的方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤1:用四线法测量被测熔断器内阻； 步骤2:被测熔断器上施加周期性的浪涌脉冲，浪涌脉冲的电流脉冲峰值在被测熔断器的额定电流的2-6倍； 步骤3:对被测熔断器施加一定次数的浪涌脉冲，通过监控示波器监视被测熔断器的状态，如果被测熔断器未失效，使用四线法测量被测熔断器内阻的变化，并与试验前内阻值进行比较，计算得出熔断器阻值变化率； 步骤4:在未失效的被测熔断器上分别施加2.1,2.5和6倍于被测熔断器的额定电流的恒定电流，记录熔断时间； 步骤5:根据熔断器阻值变化率以及熔断时间判断其抗浪涌电流冲击的能力，为熔断器的选用提供数据依据。
7.根据权利要求6所述的测量抗浪涌电流冲击能力的方法，其特征在于:步骤2中的所述电流脉冲峰值具体为被测熔断器的额定电流的3倍。
8.根据权利要求6所述的测量抗浪涌电流冲击能力的方法，其特征在于:步骤3中的浪涌脉冲的施加次数为I万次或者2万次，累计测试周期为100000秒或者200000秒，累计脉冲持续时间100000毫秒或200000毫秒。
全文摘要
本发明用于测试熔断器电流冲击能力和熔断特性，具体为一种测试熔断器抗浪涌电流冲击能力的装置以及方法。本发明的技术方案为一种测试熔断器抗浪涌电流冲击能力的装置，包括被测熔断器、监控部分、限流电阻、电子负载、电源，其特征在于监控部分包括监控示波器和取样电阻，所述取样电阻与被测熔断器、限流电阻、电子负载、电源依次串联构成闭环，所述监控示波器并联在取样电阻两端，所述电源为并联的蓄电池组，所述电子负载用来产生周期性的浪涌脉冲，在所述取样电阻处产生相应的电流脉冲时，通过所述监控示波器监控所述被测熔断器电阻变化和熔断时间。
文档编号G01R31/07GK103163421SQ20131006592
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月1日 优先权日2013年3月1日
发明者苏妤, 张洪伟, 张磊, 于庆奎, 肖波, 张莹, 李强 申请人:中国空间技术研究院