設(shè)計(jì)過程中為解決放電球隙K 與高壓直流電源U 的共地問題，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。圖中儲能電容Cc 的充、放電過程同上，區(qū)別在于充電時的充電電阻變成了Rc＋Rs，但因Rc ＞＞ Rs，不會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。控制回路用來對高壓回路中儲能電容Cc 的充電電壓進(jìn)行實(shí)時采樣，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、儲能電容Cc =20 μF、半峰值時間形成電阻Rs=50 Ω、波前時間形成電容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。控制回路由電子線路構(gòu)成。控制回路對電容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， 本裝置的控制回路以時基芯片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。來自圖4 中儲能電容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，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，已存儲于電容C3上的電壓經(jīng)T1向升壓變壓器B 的初級N1放電，N1所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢經(jīng)高壓脈沖變壓器B 升壓，由次級N2輸出上萬伏的高壓點(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，隨著Cc 放電，NE555 第2、6 腳電位回落， 到達(dá)低閾值時第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)入下一個工作周期。圖5 中，箝位二極管D1、D2用于在電路工作異常時保護(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， 用來為圖4 儲能電容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好處是免除了價格高、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)測數(shù)據(jù)

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

表1 設(shè)計(jì)指標(biāo)與實(shí)測數(shù)據(jù)對照表

　　由表1 可見， 本裝置相對誤差符合國標(biāo)GB/T17626.5-2008 中關(guān)于波前時間相對誤差不大于30%，半峰值時間相對誤差不大于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

　　1）本裝置設(shè)計(jì)中，由于測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，輸出電壓等級較低，所以未采用通過改變球隙間距設(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）本裝置符合國標(biāo)GB/T17626.5-2008 技術(shù)要求，并通過了黑龍江省計(jì)量檢定測試院的技術(shù)檢測鑒定， 檢測編號：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)。