本安电源电容性电路放电特性研究
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０职校论￣ ｉ Ｏ
Ｓ ⅢＮ Ｅ＆Ｔ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ Ｆ Ｒ ＴＯ Ｃ ｃ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ ＹＩ Ｏ ＭＡ Ｉ Ｎ Ｎ
２０ ０ ８年
第 ３ 期 ２
本安电源电容性 电路放电特性研究
王永浩 （ 台汽 车工 程职 业学 院 山东 烟台 烟
பைடு நூலகம்
２ ５０ ） ６ ５ ０
【 摘 要】 本质安全电路理论及检测是 与电气放 电密切相 关的， 由于开关电源输 出端存在 较大的电容 。 它对 电源的本质安全输 出有较大影 响， 因此 有 必 要 对 电 容性 电路 的放 电特 性 进 行 进 一 步研 究 。 【 关键词】 电气放 电； 电特性 ； 放 伏安特性 ’
气体被击穿变成 良导 体 ， 电流快速上升 ， 极间电压从开路 电压 迅速下 降 ， 间 呈 现 明 显 的 负 阻抗 特 性 。 时 可 听 到 空气 爆 裂声 ， 是 因 为 放 极 此 这
出端 滤 波 电 容 对 电 源本 质 安 全 输 出影 响 大 。 从 负 载 端 看 ， 关 电 源 属 电通 道 中温 度 急 速 上 升 ． 道 中压 力 增 大 向外 扩 张 引 起 的 。 在 放 电 电 开 通 于电 容 性 电路 。 因此 ， 研 究 开 关 电源 本 质 安 全 性 能 ． 要 首先 需 要 弄 清 楚 流 达 到 最 大 值 后 电 流 开 始 减 小 ， 电 电 压按 一 定 规 律 下 降 ， 下 降 到 放 当 电容 的 放 电 过 程 ， 析 其 放 电的 规 律 。 分 放 电 维 持 电 压 时 ， 始 了第 二 阶 段 ， 放 电 维 持 阶 段 ， ～ 阶 段 放 电 通 开 即 这 电气 放 电形 式 道 扩 展 到 位 形 平 衡 ， 部 压 力 被 自生 磁 场 约 束 力 平 衡 ， 内 电极 间 电 压 几 其 如 ５ 镉 １ 一 本 质安 全 电路 理 论 及 检 测 是 与 电 气 放 电 密切 相 关 的 。 是 被 认 为 乎 不 变 ， 大 小 与 电极 材 料 有 关 （ 钨 为 １ Ｖ， 为 １Ｖ， 般 称 为 放 正 ， 第 可 能 发 生 短 路 、开 路 或 接 地 等 危 险 点 在 火 花 试 验 装 置 电 极 上 开 断 、 闭 电维 持 电 压 ） 这 一 阶段 的持 续 时 间 决 定 于 电 极 的 闭合 速 度 。 三 阶 段 合 时 ， 电 产 生 的 能量 若 超 过 气 体 引 爆 能 量 就 会 造 成 气 体 混 合 物 的 爆 是极间放电结束、 放 电极彻底 闭合 阶段 ， 电极受外力作用而闭合 ， 极间电 由于 电容 中残 存 的 能 量 释 放 ， 流 出 现 电 炸 。 以应 首 先 研 究 电 气 放 电 ， 析 放 电形 式 及 其 规 律 。 据 气 体 放 电 压 由放 电维 持 电压 下 降 到 零 ， 所 分 根 理论 ， 电路 在 切 换 时 的 基 本 放 电形 式 有 三种 ： 花 放 电 ， 弧 放 电 ， 火 电 辉 峰 值 ， 电 极 已 闭合 ， 量 主 要 由电 路 中电 阻 吸 收 。 但 能 ２电容 性 电路 火 花 放 电 功率 和能 量 电 火 花 引 爆 可 燃 性 气 体 混 合 ． 光 放 电 ， 及 由 三种 放 电形 式 组 成 的 混 合 放 电 。 以 除 特 放 火 花 放 电 ， 般 是 在 接 通 和 断 开 带 电容 的本 质 安 全 电路 时 ， 于 物 ， 了 放 电 能 量这 一 参 数 外 ， 别 要 考 虑 放 电 瞬 时功 率 。 电 既 要有 ． 一 由 又要 有 适 当大 小 的 功 率 ， 会点 燃 气 体 混 合 物 。 才 严格 击 穿 放 电 间 隙 而产 生 的 。火 花 放 电 的 过 程 可 分为 三 个 主 要 阶段 第 一 适 当 大 小 的 能 量 ， ： 只 才会 引 阶段 火 花 形 成 阶段 ， 施 加 外 电压 瞬 间起 至 间 隙 被 击 穿 止 ， 时 火 花 地 说 ， 有 在 放 电 功率 相 当 大 的情 况 下 放 出 适 当 大 小 的能 量 ， 以 此 虽 带 的 电流 小 而 加 在 放 电 间 隙上 的 电 压 较 稳 定 ，持 续 时 间 短 约 为 １ 爆 可 燃 性 气体 混合 物 。如 果 放 电的 火 花 功 率 相 当 小 。 然 放 电 时 闻很 ０ 秒 ， 花 形 成 阶段 的最 后 形 成 一 个 导 通 带 ， 二 阶 段 开 始 ， 时 电 容 上 长 ， 是 很 难 点燃 的 。 文 考 察 了火 花 放 电 的 能量 和 功率 波 形 ． 据 火 火 第 此 也 本 根 的全 部 电 荷 将 沿 着 所 形 成 的 火 花 带 流 通 ， 并 使 之 加 热 到 １０ ０ 花 放 电 电 流 和 电 压 ， ００ ～ 得到 的火 花 放 电能 量 和 功 率 曲线 。 ２０ ０ 间 隙上 的 电压 迅 速 降 到一 个 极 小 的数 值 ，而 电 流却 可 达 到极 ００℃ 火 花 放 电功 率 波 形 与 放 电 电流 波 形 比较 近似 。 放 电间 隙 被击 穿 在 大 值 １ １４ 。 自到 此 阶段 终 了时 ， 容 一 直在 放 电 ． 放 电 间 隙 的 后 ， 乎 在 放 电 电流 上 升 至 最 大 值 的 同 时 。 电 瞬 时 功 率 也 达 到最 大 。 Ｏ 安 ｏ 电 而 几 放 电阻 从 最 大初 始 值 降 到 一 个 很 小 的 终 了值 。 第三 阶段 ｆ 减 阶段 ） 花 电容 电 路 放 电 过程 中 。放 电维 持 阶段 和 放 电 结 束 阶 段 释 放 的 能量 很 哀 火 放 带 被 破 坏 ， 是 山 于 高温 火 花 带 的 热 辐 射 被 周 围 气 体 层 所 吸 收 ， 火 小 ， 电 的第 一 阶段 一 火 花 放 电 是 引燃 可燃 性 危 险混 合 物 主 要 能 量 。 这 使 也可以看 出， 电容 性 电 路 的 闭 合 放 电具 有 电 压 变 化 快 、 续 时 间 持 花 带 展 宽而 造 成 的 。这 三 个 过 程 约 在 １ １ 秒 的 极短 时 间 内 完 成 。 Ｏ～０ 电 放 这 火 花 放 电所 释放 的能 量 主 要 由两 部 分 组 成 ， 放 电 电 子 束 中 散 失 的 能 短 、 流 变 化 大 ， 电能 量 集 中 的特 点 。因 此 ， 种 放 电 比较 容 易 引爆 在 量和电极表 面传导 的能量。 正是后者的大小决定着放 电能否引燃爆 炸 混 合 性 气 体 。 性 气 体 混 合 物 ， 分 明显 ， 极 表 面 传 导 的 能 量 小 而 在 放 电 电 子束 中 十 电 ３电容 性 电路 火 花 放 电伏 安 特 性 为 了 分 析 直 流 本 安 电 容 性 电路 ． 的放 电 特 性 ， 我们 首 先 来 分 析 其 伏 安 特 性 。 通 过 试 验 测 得 各 种 电 路参 散 失 的 能量 大 的火 花 容 易 点 燃 。 电流 波 形 ， 然后 根 据 电 压 、 流 的 数 据绘 出 电 电 弧放 电 ， 本 质 安 全 理 论 中 经 常研 究 的一 种放 电 形式 。 在切 换 数 下 的 大 量火 花 放 电 电压 、 是 小 电 流 、 电压 的本 质 安 全 电 路 时 ． 低 由于 液态 金 属 桥 的断 开 形 成 电 弧 相 应 的 火 花放 电伏 安 特 性 曲线 ． 现 这 些 伏 安 特 性 曲 线 具 有 相 同 的特 发 放 电 。液 态金 属 桥 的形 成 情 况 是 这 样 的 ： 触点 断开 瞬 间 ， 触 压 力 急 点 ： 对 应 火 花 放 电 的 电 流 上 升 至 峰 值 的 过 程 中 ， 在 接 在 由于 此 时 放 电 间 隙 剧地 降低 ， 电极 接 触 面 减 少 ， 渡 电 阻 值增 大 。 当 电极 上 电 流 、 过 电压 达 击 穿 ， 流 急 速 增 大 ， 电 电压 下 降 ， 电路 呈 现 明 显 负 阻 抗 状 态 ； 花 电流 火 电压 降 低 为 放 电维 持 电压 的 过 程 ， 现 普 通 电 阻 的 呈 到 与 接 触点 熔 化 相 应 的数 值 时 ， 电极 间便 形 成 液态 金 属滴 。 在 电 极 从 峰 值 降 低 为 零 ， 在 继 续 拉 开 的过 程 中 ， 态 金 属 滴 被 拉 长 为 连 接 两 电极 的 电 桥 。 随 着 桥 伏 安 特 性 。 液 并 且 这 两个 过 程 均 可 近 似 看 作 直 线 。 在 电 流 上 升 阶段 ． 着火 花 随 上 电压 的增 加 ， 属 沸 腾 ， 使 桥爆 炸 般地 断开 。 点 低 的 金 属 容 易形 金 并 熔 成 液 桥 ， 点 低 的金 属 沸 腾 温 度 也 低 ， 桥 断 开 的 电 流 也 比难 熔 金 属 电 流 的 增 加 ， 花 电压 减 小 ； 电 流 下 降 阶 段 ， 着 火
本 质 安 全 电路 理 论 及 检 测 是 与 电 气 放 电 密 切 相 关 的 ， 是 被 认 为 正 可能发生短路 、 或接地等危险点 ， 火花试验装置电极上开断 、 开路 在 闭 合 时 放 电产 生 的 能 量 若 超 过 气 体 引爆 能 量 就 会 造 成 气 体 混 合 物 的 爆 炸 。 以应 首 先 研 究 电 气 放 电 ， 所 分析 放 电形 式 及 其 规 律 。 于开 关 电 源 由 输 出 端 存 在 较 大 的 电 容 ， 对 电源 的本 质 安 全 输 出 有 较 大 影 响 ， 此 它 因 有 必 要 对 电 容 性 电路 的放 电特 性 进 行 进 一 步 研究 。 而且 随着 工 作 频 率 的 提 高 ， 关 电源 采 用 的 电感 越 来 越 小 ， 常都 小 于 １ 本 质 安 全 开 通 ｍＨ［ （ 理 论 认 为 电感 量小 于 ｌ 的 电 路 可 看 作 电 阻 性 电 路 ） 而 开 关 电 源 输 ｍｈ ．
电 ， 存 在 电 容储 存 电 能放 电 ， 要 以 火 花 和 电弧 的形 式 放 电。由于 充 又 主 电电阻 Ｒ 很大 ，可不考 虑电源对电容放电的影响。电容放电闭合瞬 ０ 间 ， 电 电流 极 大 ， 放 而且 放 电极 为迅 速 （ 电 时 问 常 数 仁 Ｒ 放 Ｃ很 小 ） 能 ， 量 高 度 集 中 ， 险 性 大 。屯 容 性 电路 放 电 过 程 可 以 人 为 分 为 三 个 阶段 危 日 第 一 阶段 即火 花 放 电 阶 段 ， 阶段 初 始 电 极 接 点 处 于 断 开 状 态 ， ： 该 当 电极 闭 合 （＝。， 点 间 电 压 击 穿 放 电 间 隙 产 生 火 花 ， 着 发 光 通 道 的 ｔｔ 接 ） 沿
０职校论￣ ｉ Ｏ
Ｓ ⅢＮ Ｅ＆Ｔ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ Ｆ Ｒ ＴＯ Ｃ ｃ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ ＹＩ Ｏ ＭＡ Ｉ Ｎ Ｎ
２０ ０ ８年
第 ３ 期 ２
本安电源电容性 电路放电特性研究
王永浩 （ 台汽 车工 程职 业学 院 山东 烟台 烟
பைடு நூலகம்
２ ５０ ） ６ ５ ０
【 摘 要】 本质安全电路理论及检测是 与电气放 电密切相 关的， 由于开关电源输 出端存在 较大的电容 。 它对 电源的本质安全输 出有较大影 响， 因此 有 必 要 对 电 容性 电路 的放 电特 性 进 行 进 一 步研 究 。 【 关键词】 电气放 电； 电特性 ； 放 伏安特性 ’
气体被击穿变成 良导 体 ， 电流快速上升 ， 极间电压从开路 电压 迅速下 降 ， 间 呈 现 明 显 的 负 阻抗 特 性 。 时 可 听 到 空气 爆 裂声 ， 是 因 为 放 极 此 这
出端 滤 波 电 容 对 电 源本 质 安 全 输 出影 响 大 。 从 负 载 端 看 ， 关 电 源 属 电通 道 中温 度 急 速 上 升 ． 道 中压 力 增 大 向外 扩 张 引 起 的 。 在 放 电 电 开 通 于电 容 性 电路 。 因此 ， 研 究 开 关 电源 本 质 安 全 性 能 ． 要 首先 需 要 弄 清 楚 流 达 到 最 大 值 后 电 流 开 始 减 小 ， 电 电 压按 一 定 规 律 下 降 ， 下 降 到 放 当 电容 的 放 电 过 程 ， 析 其 放 电的 规 律 。 分 放 电 维 持 电 压 时 ， 始 了第 二 阶 段 ， 放 电 维 持 阶 段 ， ～ 阶 段 放 电 通 开 即 这 电气 放 电形 式 道 扩 展 到 位 形 平 衡 ， 部 压 力 被 自生 磁 场 约 束 力 平 衡 ， 内 电极 间 电 压 几 其 如 ５ 镉 １ 一 本 质安 全 电路 理 论 及 检 测 是 与 电 气 放 电 密切 相 关 的 。 是 被 认 为 乎 不 变 ， 大 小 与 电极 材 料 有 关 （ 钨 为 １ Ｖ， 为 １Ｖ， 般 称 为 放 正 ， 第 可 能 发 生 短 路 、开 路 或 接 地 等 危 险 点 在 火 花 试 验 装 置 电 极 上 开 断 、 闭 电维 持 电 压 ） 这 一 阶段 的持 续 时 间 决 定 于 电 极 的 闭合 速 度 。 三 阶 段 合 时 ， 电 产 生 的 能量 若 超 过 气 体 引 爆 能 量 就 会 造 成 气 体 混 合 物 的 爆 是极间放电结束、 放 电极彻底 闭合 阶段 ， 电极受外力作用而闭合 ， 极间电 由于 电容 中残 存 的 能 量 释 放 ， 流 出 现 电 炸 。 以应 首 先 研 究 电 气 放 电 ， 析 放 电形 式 及 其 规 律 。 据 气 体 放 电 压 由放 电维 持 电压 下 降 到 零 ， 所 分 根 理论 ， 电路 在 切 换 时 的 基 本 放 电形 式 有 三种 ： 花 放 电 ， 弧 放 电 ， 火 电 辉 峰 值 ， 电 极 已 闭合 ， 量 主 要 由电 路 中电 阻 吸 收 。 但 能 ２电容 性 电路 火 花 放 电 功率 和能 量 电 火 花 引 爆 可 燃 性 气 体 混 合 ． 光 放 电 ， 及 由 三种 放 电形 式 组 成 的 混 合 放 电 。 以 除 特 放 火 花 放 电 ， 般 是 在 接 通 和 断 开 带 电容 的本 质 安 全 电路 时 ， 于 物 ， 了 放 电 能 量这 一 参 数 外 ， 别 要 考 虑 放 电 瞬 时功 率 。 电 既 要有 ． 一 由 又要 有 适 当大 小 的 功 率 ， 会点 燃 气 体 混 合 物 。 才 严格 击 穿 放 电 间 隙 而产 生 的 。火 花 放 电 的 过 程 可 分为 三 个 主 要 阶段 第 一 适 当 大 小 的 能 量 ， ： 只 才会 引 阶段 火 花 形 成 阶段 ， 施 加 外 电压 瞬 间起 至 间 隙 被 击 穿 止 ， 时 火 花 地 说 ， 有 在 放 电 功率 相 当 大 的情 况 下 放 出 适 当 大 小 的能 量 ， 以 此 虽 带 的 电流 小 而 加 在 放 电 间 隙上 的 电 压 较 稳 定 ，持 续 时 间 短 约 为 １ 爆 可 燃 性 气体 混合 物 。如 果 放 电的 火 花 功 率 相 当 小 。 然 放 电 时 闻很 ０ 秒 ， 花 形 成 阶段 的最 后 形 成 一 个 导 通 带 ， 二 阶 段 开 始 ， 时 电 容 上 长 ， 是 很 难 点燃 的 。 文 考 察 了火 花 放 电 的 能量 和 功率 波 形 ． 据 火 火 第 此 也 本 根 的全 部 电 荷 将 沿 着 所 形 成 的 火 花 带 流 通 ， 并 使 之 加 热 到 １０ ０ 花 放 电 电 流 和 电 压 ， ００ ～ 得到 的火 花 放 电能 量 和 功 率 曲线 。 ２０ ０ 间 隙上 的 电压 迅 速 降 到一 个 极 小 的数 值 ，而 电 流却 可 达 到极 ００℃ 火 花 放 电功 率 波 形 与 放 电 电流 波 形 比较 近似 。 放 电间 隙 被击 穿 在 大 值 １ １４ 。 自到 此 阶段 终 了时 ， 容 一 直在 放 电 ． 放 电 间 隙 的 后 ， 乎 在 放 电 电流 上 升 至 最 大 值 的 同 时 。 电 瞬 时 功 率 也 达 到最 大 。 Ｏ 安 ｏ 电 而 几 放 电阻 从 最 大初 始 值 降 到 一 个 很 小 的 终 了值 。 第三 阶段 ｆ 减 阶段 ） 花 电容 电 路 放 电 过程 中 。放 电维 持 阶段 和 放 电 结 束 阶 段 释 放 的 能量 很 哀 火 放 带 被 破 坏 ， 是 山 于 高温 火 花 带 的 热 辐 射 被 周 围 气 体 层 所 吸 收 ， 火 小 ， 电 的第 一 阶段 一 火 花 放 电 是 引燃 可燃 性 危 险混 合 物 主 要 能 量 。 这 使 也可以看 出， 电容 性 电 路 的 闭 合 放 电具 有 电 压 变 化 快 、 续 时 间 持 花 带 展 宽而 造 成 的 。这 三 个 过 程 约 在 １ １ 秒 的 极短 时 间 内 完 成 。 Ｏ～０ 电 放 这 火 花 放 电所 释放 的能 量 主 要 由两 部 分 组 成 ， 放 电 电 子 束 中 散 失 的 能 短 、 流 变 化 大 ， 电能 量 集 中 的特 点 。因 此 ， 种 放 电 比较 容 易 引爆 在 量和电极表 面传导 的能量。 正是后者的大小决定着放 电能否引燃爆 炸 混 合 性 气 体 。 性 气 体 混 合 物 ， 分 明显 ， 极 表 面 传 导 的 能 量 小 而 在 放 电 电 子束 中 十 电 ３电容 性 电路 火 花 放 电伏 安 特 性 为 了 分 析 直 流 本 安 电 容 性 电路 ． 的放 电 特 性 ， 我们 首 先 来 分 析 其 伏 安 特 性 。 通 过 试 验 测 得 各 种 电 路参 散 失 的 能量 大 的火 花 容 易 点 燃 。 电流 波 形 ， 然后 根 据 电 压 、 流 的 数 据绘 出 电 电 弧放 电 ， 本 质 安 全 理 论 中 经 常研 究 的一 种放 电 形式 。 在切 换 数 下 的 大 量火 花 放 电 电压 、 是 小 电 流 、 电压 的本 质 安 全 电 路 时 ． 低 由于 液态 金 属 桥 的断 开 形 成 电 弧 相 应 的 火 花放 电伏 安 特 性 曲线 ． 现 这 些 伏 安 特 性 曲 线 具 有 相 同 的特 发 放 电 。液 态金 属 桥 的形 成 情 况 是 这 样 的 ： 触点 断开 瞬 间 ， 触 压 力 急 点 ： 对 应 火 花 放 电 的 电 流 上 升 至 峰 值 的 过 程 中 ， 在 接 在 由于 此 时 放 电 间 隙 剧地 降低 ， 电极 接 触 面 减 少 ， 渡 电 阻 值增 大 。 当 电极 上 电 流 、 过 电压 达 击 穿 ， 流 急 速 增 大 ， 电 电压 下 降 ， 电路 呈 现 明 显 负 阻 抗 状 态 ； 花 电流 火 电压 降 低 为 放 电维 持 电压 的 过 程 ， 现 普 通 电 阻 的 呈 到 与 接 触点 熔 化 相 应 的数 值 时 ， 电极 间便 形 成 液态 金 属滴 。 在 电 极 从 峰 值 降 低 为 零 ， 在 继 续 拉 开 的过 程 中 ， 态 金 属 滴 被 拉 长 为 连 接 两 电极 的 电 桥 。 随 着 桥 伏 安 特 性 。 液 并 且 这 两个 过 程 均 可 近 似 看 作 直 线 。 在 电 流 上 升 阶段 ． 着火 花 随 上 电压 的增 加 ， 属 沸 腾 ， 使 桥爆 炸 般地 断开 。 点 低 的 金 属 容 易形 金 并 熔 成 液 桥 ， 点 低 的金 属 沸 腾 温 度 也 低 ， 桥 断 开 的 电 流 也 比难 熔 金 属 电 流 的 增 加 ， 花 电压 减 小 ； 电 流 下 降 阶 段 ， 着 火
本 质 安 全 电路 理 论 及 检 测 是 与 电 气 放 电 密 切 相 关 的 ， 是 被 认 为 正 可能发生短路 、 或接地等危险点 ， 火花试验装置电极上开断 、 开路 在 闭 合 时 放 电产 生 的 能 量 若 超 过 气 体 引爆 能 量 就 会 造 成 气 体 混 合 物 的 爆 炸 。 以应 首 先 研 究 电 气 放 电 ， 所 分析 放 电形 式 及 其 规 律 。 于开 关 电 源 由 输 出 端 存 在 较 大 的 电 容 ， 对 电源 的本 质 安 全 输 出 有 较 大 影 响 ， 此 它 因 有 必 要 对 电 容 性 电路 的放 电特 性 进 行 进 一 步 研究 。 而且 随着 工 作 频 率 的 提 高 ， 关 电源 采 用 的 电感 越 来 越 小 ， 常都 小 于 １ 本 质 安 全 开 通 ｍＨ［ （ 理 论 认 为 电感 量小 于 ｌ 的 电 路 可 看 作 电 阻 性 电 路 ） 而 开 关 电 源 输 ｍｈ ．
电 ， 存 在 电 容储 存 电 能放 电 ， 要 以 火 花 和 电弧 的形 式 放 电。由于 充 又 主 电电阻 Ｒ 很大 ，可不考 虑电源对电容放电的影响。电容放电闭合瞬 ０ 间 ， 电 电流 极 大 ， 放 而且 放 电极 为迅 速 （ 电 时 问 常 数 仁 Ｒ 放 Ｃ很 小 ） 能 ， 量 高 度 集 中 ， 险 性 大 。屯 容 性 电路 放 电 过 程 可 以 人 为 分 为 三 个 阶段 危 日 第 一 阶段 即火 花 放 电 阶 段 ， 阶段 初 始 电 极 接 点 处 于 断 开 状 态 ， ： 该 当 电极 闭 合 （＝。， 点 间 电 压 击 穿 放 电 间 隙 产 生 火 花 ， 着 发 光 通 道 的 ｔｔ 接 ） 沿
