[发明专利]基于FPGA控制的全自动SPD热稳仪及其测试方法

权利要求书

1.一种基于FPGA控制的全自动SPD热稳仪，其特征在于，其构成包括：第一过流保护器(F1)、第二过流保护器(F2)，第一交流接触器(K1)、第二交流接触器(K2)，变频电源(M1)，测控系统(M2)，升压变压器(T1)，第三交流接触器(K3)，电阻(R1)，电流表(A)，电压表(V)，第一量程选择开关(K4)、第二量程选择开关(K5)、第三量程选择开关(K6)，第一采样电阻(R2)、第二采样电阻(R3)、第三采样电阻(R4)，第一分压电容(C1)、第二分压电容(C2)和热电偶(D)，所述的测控系统(M2)由上位机、温度采集器、FPGA、AD变换器、外部时钟和DA变换器组成，是一个基于FPGA的系统，所述的FPGA包括硬件逻辑模块、SPI模块、PIO模块、UART模块、数据存储模块、PLL模块和NIOS II处理器，FPGA实现数据采集、数据存储、数据处理和变频电源M1输出电压的调控，上述元部件的连接关系如下：

所述的第一过流保护器(F1)经所述的第一交流接触器(K1)和第二过流保护器(F2)经第二交流接触器(K2)与所述的变频电源(M1)的输入端相连，所述的变频电源(M1)的两个输出端与所述的升压变压器(T1)的原边相连，该升压变压器(T1)副边的一端接地，副边的另一端经第三交流接触器(K3)和电阻(R1)接待测的SPD的一端，该待测的SPD的另一端接所述的电流表(A)的一端，该电流表(A)的另一端接所述的第一量程选择开关(K4)、第二量程选择开关(K5)和第三量程选择开关(K6)的公共节点，所述的第一量程选择开关(K4)、第二量程选择开关(K5)和第三量程选择开关(K6)的另一端分别与所述的第一采样电阻(R2)、第二采样电阻(R3)、第三采样电阻(R4)的一端依次相连，所述的第一采样电阻(R2)、第二采样电阻(R3)、第三采样电阻(R4)的另一端接地；在所述的电阻(R1)与所述的待测的SPD的节点和地之间连接由第一分压电容(C1)和第二分压电容(C2)组成的电容分压器，在所述的第一分压电容(C1)和第二分压电容(C2)的连接点与地之间连接所述的电压表(V)；所述的温度的热电偶(D)接待测的SPD，该热电偶(D)的输出端经导线与所述的测控系统(M2)的温度采集器相连；所述的电流表(A)和所述的选择开关的公共节点与所述的测控系统(M2)的AD变换器相连；所述的测控系统(M2)的DA变换器接所述的变频电源(M1)的控制端。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA控制的全自动SPD热稳仪，其特征在于所述的FPGA通过AD变换器连接到量程选择开关K4、K5、K6的公共端，所述的SPI模块通过DA变换器与所述的变频电源(M1)的电压控制端口相连，用于调节变频电源的输出；所述的PIO模块连接到量程选择开关K4、K5、K6的开合控制端，控制试验电流测量的量程；上位机通过FPGA的UART模块与FPGA实现通信，采用串行方式完成人机交互；温度采集器通过热电偶D采集SPD试品表面的温度，并通过自带的通信接口将温度数据传输到上位机；外部时钟为有源晶振，产生的时钟信号进入FPGA后经内部的PLL锁相环分频，供AD变换器使用。

3.利用权利要求1所述的基于FPGA控制的全自动SPD热稳仪对SPD热稳定性测试的方法，特征在于包括下列步骤：

①将待测的SPD试品接在所述的电阻(R1)与第一分压电容(C1)的节点和所述的电流表(A)之间，将所述的热电偶贴(D)在待测的SPD试品表面；

②启动测试后，测控系统(M2)的上位机将整定的试验电流值输入到FPGA中，测控系统(M2)通过AD变换器采集采样电阻上的电压值，FPGA通过该电压值和采样电阻求出电流的实测值，所述的电流表(A)显示出流过SPD试品的实际电流值；；

③测控系统(M2)的核心部件FPGA将所述的实测值与整定值进行比较，同时运用过采样和软件滤波技术对电流波形数据进行处理，通过DA变换器向所述的变频电源(M1)的控制端口输出控制信号，使回路电流达到整定值；

④所述的热电偶(D)将采集到的SPD试品温度通过温度采集器输入上位机，上位机再与标准规定的温度对比；

⑤根据试品的电压、流过的电流和脱离器动作情况对SPD试品进行判：

SPD试品持续通过每一档实验电流等级时，都必须达到热平衡或者脱离器动作：所述的热平衡是指SPD试品表面的温度在实验期间10分钟内，温度的变化小于2K，且SPD试品的表面温升应始终低于120K，否则SPD试品为不合格产品；

脱离器动作后5分钟，SPD试品表面温度不应超过周围环境温度80K，若不满足，则SPD试品为不合格产品；

SPD试品的脱离器动作后，对SPD试品施加2Uc的工频电压，持续1分钟，其中Uc为最大连续运行电压，通过SPD试品的漏电流，即所述的电流表(A)显示的电流应≤0.5mA，否则SPD试品不合格。