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专利名称：一种无触点火花放电过程模拟装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种本安设备开发过程中的模拟火花放电过程的装置，尤其是一种无触点火花放电过程模拟装置。
背景技术：
随着石油、化工、冶金等工业的迅速发展，生产安全已引起了社会各界的普遍重视。特别是由于生产规模的不断扩大和自动化程度的不断提高，在生产过程中，生产现场将不可避免的产生爆炸性物质的泄漏，形成爆炸性危险场所。这给包括自动化仪表在内的各类电气设备的安全应用增加了困难。本质安全型防爆形式不仅具有结构简单，适用范围广，而且还具有易操作和维护方便等特点，因此这种抑制点火源能量为防爆手段的本安防爆已为仪表制造商和用户接受。由于本安电气设备的优越特点，人们越来越期望在煤矿综合自动化系统的控制、通信设备中采用本质安全型电气设备。目前，本质安全型电路主要通过在指定实验条件下，利用规定的火花实验装置，进行爆炸实验来判定。工程技术人员在研制过程中为了验证设计的本安电路是否符合设计指标及要求，必须到有资质的专业检测机构进行火花放电实验，不仅周期长、费用高，而且实验通过率与实验装置，实验人员的经验、水平，实验环境等外在因素有关，造成了本安电路设计难度大，限制了本安设备的广泛应用。

发明内容
本发明的目的是要提供一种无触点火花放电过程模拟装置，解决本安电源进行火花放电实验测试时，测试周期长、费用高的问题。本发明的目的是这样实现的本装置由电源 ^、可变电阻&、场效应晶体管MOSFET、采样电阻乓和负载装置L组成，电源4输出
接入可变电阻& ,可变电阻足的两端反并联有续流二极管J可变电阻足输出接场效应晶体管MOSFET的栅极，场效应晶体管MOSFET的漏极接负载装置“场效应晶体管 MOSFET的源极接采样电阻乓，负载装置￡和采样电阻代另一端接回电源^，场效应晶体管MOSFET的栅极和漏极之间接有平波电阻~和平波电容。所述的电源Zg由供电端。、脉宽调制器UC3842、变压器T1、光电耦合器PC817、可调分流基准源TL431以及电阻、电容和二极管器件组成，其中变压器T1由两个原边绕组#p、 Λ；和一个副边绕组^组成，供电端&负极接地，供电端G的正极通过电阻尽与脉宽调制器UC3842的I端相连，并通过由电阻^、Cc电容和二极管VD￡组成的RCD钳位电路与变压
器1\的绕组相接，变压器T1的绕组凡通过二极管VD1、二极管VD2整流和电容Cf2、电容
Q滤波后连接到脉宽调制器UC3842的Kc端；脉宽调制器UC3842的Out端通过电阻2 触
发开关管Q，开关管Q的漏极接入变压器T1的副边绕组Λ；，开关管Q的源极通过电阻接
地；脉宽调制器UC3842的Cs端通过电阻、电容C接地；脉宽调制器UC3842的RT/CT端
接有电阻^和电容Cr ；采样电阻代的上端通过电阻^接到运算放大器的同向输入端，运
算放大器的反向输入端接地，运算放大器的同向输入端和输出端之间接有电阻4，运算放
大器的输出端接到脉宽调制器UC3842的Comp端；变压器T1的副边绕组Λ；通过二极管VD3
接到该无触点火花放电过程模拟装置的输入端，二极管VD3两端并联有串联的电容C1和
电阻战，二极管VD3的阴极通过电阻^接到光电耦合器PC817原边的阳极；光电耦合器 PC817原边的阴极接到可调分流基准源TL431的阴极，可调分流基准源TL431的阳极接地， 可调分流基准源TL431的阴极和基准极之间接有串联的电容C4和电阻冬，可调分流基准
源TL431基准极和地之间接有可调电「且Ψ ；光电耦合器PC817副边的集电极接到脉宽调制
器UC3842的Comp端，光电耦合器PC817副边的集电极通过电阻尾接到脉宽调制器UC3842 的Vref端，光电耦合器PC817副边的源极接地；脉宽调制器UC3842的1 端和GND端接地。有益效果由于采用了上述方案，火花放电过程模拟装置利用场效应晶体管 MOSFET开通过程模拟电路的短路故障；当场效应晶体管MOSFET开通时，场效应晶体管MOSFET两端的电压缓慢下降，同时场效应晶体管MOSFET两端的电流先急剧增加而后下降，形成尖峰；调节电源&和可变电阻使通过场效应晶体管MOSFET两端的电压
和电流的变化率满足实际要求的性能指标，实现无触点模拟火花放电过程。本装置降低了本质安全电路在研发阶段因对火花点燃效果不明确的情况需要多次进行火花实验而增加的成本，有效地减少研发周期，得到简单的火花点燃的电压电流波形，达到了本发明的目的。优点能够模拟火花放电过程，代替爆炸实验进行检验本安性能以及进行指导设计，缩短本安产品研制周期，降低开发成本，为本安性能的检验提供了简便的参考手段。


图1为本发明的结构图。图2为本发明的具体实施方式
电路结构图。图3为本发明的实施例波形图。图中1、电源 ；2、可变电阻& ;3、续流二极管；4、平波电阻^ ;5、平波
电容。；6、场效应晶体管M0sfet ；7、负载装置￡ ；8、采样电阻乓；9、场效应晶体管 MOSFET两端的电压波形；10、通过场效应晶体管MOSFET两端的电流波形。
具体实施例方式
下面以具体实施例来进一步说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此。实施例1 本装置主要由电源4 1、可变电阻足2、场效应晶体管MOSFET 6、采
样电阻乓8和负载装置￡ 7组成，电源/g 1输出接入可变电阻& 2，可变电阻乓2的两
端反并联有续流二极管￡) 3，可变电阻旲2输出接场效应晶体管M0SFET 6的栅极，场效应晶体管MOSFET 6的漏极接负载装置￡ 7,场效应晶体管MOSFET 6的源极接采样电阻乓8，负载装置￡ 7和采样电阻乓8另一端接回电源1,场效应晶体管MOSFET 6的栅极和漏极之间接有平波电阻& 4和平波电容Cgd 5。所述的电源& 1由供电端&、脉宽调制器UC3842、变压器T1、光电耦合器PC817、 可调分流基准源TL431以及电阻电容二极管器件组成，其中变压器T1由两个原边绕组Λ；、凡和一个副边绕组^组成。供电端&负极接地，供电端&的正极通过氏与脉宽调制器UC3842
的I端相连，并通过由电阻民、电容Q和二极管ν )ε组成的RCD钳位电路与变压器T1的
绕组 相接，变压器T1的绕组i\a通过二极管VD1、二极管VD2整流和电容C2、电容Q滤波
后连接到脉宽调制器UC3842的1端；脉宽调制器UC3842的Out端通过电阻触发开关
管Q，开关管Q的漏极接入变压器T1的副边绕组#p，开关管Q的源极通过电阻代i接地；脉宽
调制器UC3842的Cs端通过电阻i 1Q、电容C接地；脉宽调制器UC3842的RT/CT端接有电阻
^和电容Cr ；采样电阻乓8的上端通过电阻馬接到运算放大器的同向输入端，运算放大器选择LM308，运算放大器LM308的反向输入端接地，运算放大器LM308的同向输入端和输出端之间接有电阻乓，运算放大器LM308的输出端接到脉宽调制器UC3842的Comp端；变
压器T1的副边绕组^通过二极管VD3接到该无触点火花放电过程模拟装置的输入端，二极
管VD3两端并联有串联的电容C1和电阻爲，二极管VD3的阴极通过电阻E9,接到光电耦合
器PC817原边的阳极；光电耦合器PC817原边的阴极接到可调分流基准源TL431的阴极，可调分流基准源TL431的阳极接地，可调分流基准源TL431的阴极和基准极之间接有串联的
电容C4和电阻乓，可调分流基准源TL431基准极和地之间接有可调电阻^ ；光电耦合器
PC817副边的集电极接到脉宽调制器UC3842的Comp端，光电耦合器PC817副边的集电极通
过电阻乓接到脉宽调制器UC3842的Vref端，光电耦合器PC817副边的源极接地；脉宽调
制器UC3842的Fb端和GND端接地。所述的电源/g 1为该装置提供电能；采样电阻& 8用于调节待模拟的火花放电强度；场效应晶体管MOSFET 6用于代替原复杂昂贵的火花放电实验设备，检测通过场效应晶体管MOSFET 6的电压变化率和电流变化率，从而判断火花等级是否安全；所述的负载装置i 7可以是电阻、电感和电容的组合，以适应各种不同类型负载。使用时，通过调节电源4 1和可变电阻& 2，检测场效应晶体管MOSFET 6两端的电压波形9和通过场效
应晶体管MOSFET 6两端的电流波形10并分析它们的变化率，对比实际要求的指标，验证设计的本安电路是否符合设计指标及要求，实现无触点模拟火花放电过程。本实施例采用反激变换器拓扑，器件选型如下采用100-375V供电端，所述的可
变电阻& 2阻值范围取0-100 Ω，平波电阻^ 4阻值取2 Ω，平波电容Cgd 5取值范围为0-10 μΡ，脉宽调制器选择UC3842，光电耦合器采用PC817，电位器乓的阻值范围取 0-100 kQ ,可调分流基准源采用TL431，电阻乓、R3取值为IOk Q ；运算放大器选择LM308。在电源/ε 1中，由供电端『丨、变压器Tl、光电耦合器PC817、电位器茂、可调分流
基准源TL431和脉宽调制器UC3842组成，该电源/g 1为本发明所述的无触点火花放电过程模拟装置供电，根据上述所述的拓扑结构和器件选型，无触点火花放电过程模拟装置供电的输入端能得到12-36V的直流电压。使用时，通过调节供电端&、电位器战和可变电阻
Rs 2，检测场效应晶体管MOSFET 6两端的电压波形9和通过场效应晶体管MOSFET 6
两端的电流波形10并分析它们的变化率，对比实际要求的指标，验证设计的本安电路是否符合设计指标及要求，达到无触点模拟火花放电过程的目的。
权利要求
1.一种无触点火花放电过程模拟装置，其特征是本装置由电源可变电阻&、场效应晶体管MOSFET、采样电阻尺和负载装置一组成，电源^输出接入可变电阻&，可变电阻足的两端反并联有续流二极管‘可变电阻&输出接场效应晶体管MOSEET的栅极，场效应晶体管MOSFET的漏极接负载装置“，场效应晶体管 MOSFET的源极接采样电阻乓，负载装置￡和采样电阻乓另一端接回电源4 ,场效应晶体管MOSFET的栅极和漏极之间接有平波电阻^和平波电容C^。
2.根据权利要求1所述的一种无触点火花放电过程模拟装置，其特征是所述的电源 ^由供电端《、脉宽调制器UC3842、变压器T1、光电耦合器PC817、可调分流基准源TL431 以及电阻、电容和二极管器件组成，其中变压器T1由两个原边绕组#p、#a和一个副边绕组Λ； 组成，供电端K负极接地，供电端&的正极通过电阻民与脉宽调制器UC3842的Fcc端相连，并通过由电阻代、Q电容和二极管VDe组成的RCD钳位电路与变压器T1的绕组相接，变压器T1的绕组Ta通过二极管VD1、二极管VD2整流和电容Ci2、电容Cf3滤波后连接到脉宽调制器UC3842的&端；脉宽调制器UC3842的Out端通过电阻触发开关管Q，开关管Q 的漏极接入变压器T1的副边绕组Λ；，开关管Q的源极通过电阻式！接地；脉宽调制器UC3842 的Cs端通过电阻、电容C接地；脉宽调制器UC3842的RtZCt端接有电阻乓和电容Ct ；采样电阻代的上端通过电阻馬接到运算放大器的同向输入端，运算放大器的反向输入端接地，运算放大器的同向输入端和输出端之间接有电阻乓，运算放大器的输出端接到脉宽调制器UC3842的Comp端；变压器T1的副边绕组^通过二极管VD3接到该无触点火花放电过程模拟装置的输入端，二极管V^D3两端并联有串联的电容(^和电阻巧，二极管VID3的阴极通过电阻爲接到光电耦合器PC817原边的阳极；光电耦合器PC817原边的阴极接到可调分流基准源TL431的阴极，可调分流基准源TL431的阳极接地，可调分流基准源TL431的阴极和基准极之间接有串联的电容Q和电阻乓，可调分流基准源TL431基准极和地之间接有可调电阻马；光电耦合器PC817副边的集电极接到脉宽调制器UC3842的Comp端，光电耦合器PC817副边的集电极通过电「且、接到脉宽调制器UC3842的Vref端，光电耦合器 PC817副边的源极接地；脉宽调制器UC3842的1 端和GND端接地。
全文摘要
一种无触点火花放电过程模拟装置，属于本安设备开发过程中的模拟火花放电过程的装置。本装置由电源、可变电阻、场效应晶体管、采样电阻和负载装置组成，电源输出接入可变电阻，可变电阻的两端反并联有续流二极管，可变电阻输出接场效应晶体管的栅极，场效应晶体管的漏极接负载装置，场效应晶体管的源极接采样电阻，负载装置和采样电阻另一端接回电源，场效应晶体管的栅极和漏极之间接有平波电阻和平波电容。优点能够模拟火花放电过程，代替爆炸实验进行检验本安性能以及进行指导设计，缩短本安产品研制周期，降低开发成本，为本安性能的检验提供了简便的参考手段。
文档编号G01R31/14GK102508138SQ20111031090
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月14日 优先权日2011年10月14日
发明者于月森, 伍小杰, 何慧君, 冯海兵, 刘杰, 夏晨阳, 左东升, 张望, 李世光, 谢冬莹 申请人:中国矿业大学, 徐州宝迪电气有限公司