[发明专利]一种测试熔断器抗浪涌电流冲击能力的装置以及方法

说明书

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 Generic Specification No.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6I_额定（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。