一种脉冲高电压测量探头的地电位隔离方法

Ｆ ｇ． Ｅｑ ｉａ ｅ ｔｃ ｕｉ ｗＩｈ ｉ ｄＬ ＩＩ ｛ ｉ １ ｕ ｖ ｌ ｎ ｉｃ ｔ １ ｎ Ｃ ｛］ ｒ Ｉ Ｉ、
在 脉冲功 率装 置放 电时 ， 电位抬 升会 损坏 测试设 备 ， 地 其 原 因在 于装置 地线 和仪 器 地 之 间产 生 的寄生 电流 （ 感 应 电 或
、
Ｖ
ＨＶ 卜
流） 。图 ｌ 包含 测试 设备 的脉 冲功率 装 置等效 电路 。 为
图 １中 ， 回路为 电容 器 Ｃ。 过 开关 对 负 载 电 阻 Ｒ 主 通 放 电 ， 为 电容器 和开 关 的等 效 电感 ； 阻 Ｒ Ｌ 电 和 Ｒ 分 别为 电 阻分压 器 的高压 臂 和 低 压 臂 电 阻 ， 为 信 号 电 缆 ， 等 效 为 Ｔ Ｒ。 示 波器 输入 电 阻 。Ｒ ， 等效 为 主 回路 的接地 电 阻和 电感 ， Ｌ Ｒ Ｌ 和 Ｒ 。Ｌ ， 分 别等 效 为 电阻分 压 器 和示 波 器 的 接地 电 阻 和 电感 。假 设 电容 器 充 电 １ ０ｋ 时开 关 导 通 放 电 ， 用 ０ Ｖ 使 图 １中给定参 数 的等效 电路 仿真 波形 如 图 ２所 示 。负载 电阻 Ｒ 上 的 电压 约 为 ８ Ｖ， ８ｋ 示波器 等 效输人 电阻 Ｒ 。自身 的
寄生 电流 。因此在某 些 实际情 况下 ， 该方 法 不能完 全解 决 问题 。采用 光纤传 输 的方法 对 脉 冲电信 号进仃 隔 离 ，
可 以彻底 切断 探头 与测 量设备 之 间 的 电连 接［ 但设 备较 复 杂 ， 价 较 高 ， 存 在 光 电组 件 信 号 抗 ｒ 扰 川题 。 ● ●‘ ， 造 且 ｔ Ｔ ．● ，● （ 本文 针对 脉 冲功率 装置 的地 电位 抬升 问题 ， 出了较 为简便 的隔离方 法 ， 进行 了相 关 实验验 证 。 提 并
起 。当装 置 出现较 为严重 的地 电位 抬升 时 ， 仅会 影 响测 量结 果 的 真实 性 ， 重 时还 会 形 成 测 试 设备 端 的 不 严 地 电位抬 升 ， 测试设 备 内部 （ 如设备 测试 通道 和 电源 系统 之 间 ） 成 电位 差 ， 成 反击 而 损 坏 测 试 备 。 在 例 形 造 在脉 冲功 率装 置 的测 量 中 ， 常见 的做法 是单 点接 地 ， 最 测试 设 备 不单 独 接 地 并且 进 行 电 源隔 离 。山 ｒ测 试 设备 及相 连 的设 施 （ 如屏蔽 室 ） 在对 地 电容 ， 试设 备实 际并 没有 完全 与地 断开 ， 于脉 冲件质 的寄 生 电流 例 存 测 对 不能 完全 消除 。而且 对 于大 型的 脉 冲功率装 置 ， 同测量探 头 的地 电位也 不 同 ， 不 在不 同测 量通道 之 问 也会形 成
一
种 脉 冲 高 电压 测 量 头 的地 电位 隔离 方 法 探
卫 兵 ， 卿燕玲 ， 王敏华， 付佳斌 ， 孙奇志， 杨礼兵， 丰树平
（ 国工 程 物 理 研 究 院 流 体 物 理 研 究 所 ，四 川 绵 阳 ６ １０ ） 中 ２ ９ ０
摘 要 ： 为 了 消 除 脉 冲 功 率 装 置 放 电 时 地 电位 抬 升 对 测 试 系 统 造 成 的影 响 ， 测量 探 头 和 测 鞋 设备 之 在 使 用 了共 模 电感 。对 等 效 电路 进 行 了仿 真 分析 ， 果 表 明 ： 于探 头输 出 的信 号 ， 共 模 电感 等 效 为 传 输 线 ； 结 对 该 对 于共 模 信 号 等 效 为一 个 较 大 的 电感 ， 以实 现 探 头 地 电位 隔 离 。共 模 电感 使 用 绕 制 在 磁 芯 上 的 同轴 电缆 制 作 ． 可 并 进 行 了 快 脉 冲信 号传 输 和 地 电 位 隔 离 效 果 实 验 。实 验 结 果 与 理 论 分 析 一 致 。该 共 模 电 感 的 响 应 时 为 ５ １ ．
第 ２ ３卷 第 ８ 期
２１ ０ １年 ８月
强 激 光 与 粒 子 束
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ＶＯｌ２３，ＮＯ ８ ＿ ．
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文章 编 号 ： １ ０ — ３ ２ ２ １ ） ８２ ３ — ５ ０ １４ ２ （ ０ １ ０ — ２ ４０
ｌ 地 电位 隔 离原 理
地 电位 隔离 的最初 方法 是使 用脉 冲变 压器 ， 测试 信号 接脉 冲变压 器 的原边 ， 副边 连 接输 出信 电缆 。 ＿ ｊ 【 Ｉ ｌ
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变 压器 的线 圈存 在 电阻 ， 原边 、 边 的线 圈存在 匝 间电容 ， 副 以及漏 磁 和磁 芯饱 和 等 因素 都 会导题 ， 因此 响应 Ｉ 量 级 的测量 信号较 为 困难 。 ３ ８
ｎ， ｓ 隔离 了 约 １ Ｖ 的脉 冲高 压 ， 保 了 示 波 器 的 安 全 运 行 。 Ｏｋ 确 关 键 词 ： 脉 冲高 电压 ； 测 量 探 头 ； 地 电位 隔 离 ； 共 模 电 感 中 图 分 类 号 ： ＴＭ８ ５ ４ ３ ． 文献标志码 ： Ａ ｄ ｉ１ ． ７ ８ ＨＰ Ｂ ０ ３ ８ ２ ３ ｏ： ０ ３ ８ ／ Ｉ ２ １ ０ ． ２ ４ Ｐ ｌ ２
当脉 冲功率 装置 放 电时 ， 地线 实 际存在 的接 地 电阻 和 电感会 导 致装 置 地 电位 抬 升 。地 电位 抬 升 的 大小 接 与实验 电压 、 载及接 地情 况有 很 大关 系 。在 测量 脉 冲功率装 置 的电压 电流 信号 时 ， 了采 用磁 场耦 合原 理 的 负 除 罗 氏线 圈 以外 ， 其它 的 电阻分压 器 、 电容 分 压器 等 的地线 （ 即信 号 电缆 外 导体 ） 常需 要 与 装 置 的地 连 接 一 通