朱金龍 張大偉 李 政

（1．沈陽理工大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院，遼寧 沈陽110159；2．成都美創(chuàng)醫(yī)療科技股份有限公司，四川 成都610051）

0 引言

近年來，隨著高電壓與脈沖功率技術(shù)在受控核聚變、自由粒子激光等高科技領(lǐng)域［1］及一些如醫(yī)療等民用工業(yè)的運(yùn)用，精確測量脈沖高電壓對改善設(shè)備性能、提高工作效率尤為重要。對高壓脈沖的測量一般采用分壓器進(jìn)行。

常用分壓器主要有電阻分壓器、電容分壓器、阻容分壓器［2］。電阻分壓器一般用于低頻高壓脈沖測量；電容分壓器利用電容對交流信號的容抗進(jìn)行分壓，一般用于高頻測量電路。但在高頻脈沖作用下，分壓器因?yàn)樽陨砑纳鷧?shù)而存在高頻振蕩，限制了其測量太高電壓幅值的雷電沖擊電壓［3］。阻容分壓器采用電容、電阻串聯(lián)形式進(jìn)行分壓，阻尼部分高頻振蕩，其綜合了電阻分壓器與電容分壓器的優(yōu)點(diǎn)。但是阻容分壓器也存在自身的缺點(diǎn)：RC串聯(lián)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，調(diào)試較困難。

本文利用串聯(lián)諧振原理計算電容自身串聯(lián)電阻并將其作為阻容電阻的一部分，通過Spice仿真分析，論證了相同元件條件下串聯(lián)阻容分壓器頻率特性優(yōu)于電容分壓器。

1 理論分析

1．1 分壓原理

串聯(lián)阻容分壓器的原理如圖1所示，R1為高壓臂電阻，C1為高壓臂電容，R2為低壓臂電阻，C2為低壓臂電容，Z0為傳輸電纜波阻抗，R為匹配電阻。

圖1 串聯(lián)阻容分壓器原理示意圖

分壓器分壓比α為：

1．2 電容串聯(lián)電阻測定

電容等效模型為RLC電路，其中Rs為串聯(lián)電阻，Ls為串聯(lián)電感。利用串聯(lián)諧振原理，當(dāng)輸入信號頻率f達(dá)到電路諧振頻率時，LsC相當(dāng)于短路，回路呈現(xiàn)純阻性，得到電容串聯(lián)電阻Rs。將Rs作為阻容分壓器電阻一部分。

2 仿真測定

2．1 阻容分壓器頻率特性仿真

高壓臂電容采用10pF／30kV瓷片電容，低壓臂電容采用10個3．3nF云母電容并聯(lián)的方式。利用串聯(lián)諧振原理測得低壓臂電容串聯(lián)電阻值Rs為0．13Ω（分布參數(shù)）。根據(jù)式（3），把Rs與阻容電阻本身合并為集中參數(shù)，設(shè)定仿真參數(shù)。利用LTspice交流分析功能分析分壓器頻率特性，結(jié)果如圖2所示。

圖2 阻容分壓器頻率特性

按照3dB衰減原則，由圖2可見，頻率范圍在5Hz～3．6MHz，中間頻率基本維持在－70．3dB。當(dāng)?shù)陀?Hz或超過3．6MHz時，幅值變化超過3dB，分壓器不能正常工作。

2．2 電容分壓器頻率特性仿真

保持阻容分壓器電容大小及電容寄生參數(shù)設(shè)定值不變，仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3 電容分壓器頻率特性

對比圖2和圖3可見，在中間頻率段，兩者幅值幾乎相同，為－70．3dB；高頻段電容分壓器幅值在－73．3dB處的頻率為974．6kHz，遠(yuǎn)小于阻容分壓器，即采用阻容分壓式結(jié)構(gòu)可以獲得比電容分壓器更好的高頻特性。

3 結(jié)語

把分壓器串聯(lián)電阻融入阻容分壓器的阻尼電阻，計算與仿真表明阻容分壓器的頻率特性高于相同元件參數(shù)條件下的電容分壓器。但元件還存在串聯(lián)電感，分壓輸出存在高頻振蕩，需要進(jìn)一步優(yōu)化。

［1］劉金亮．一種脈沖高壓用電阻分壓器［J］．高電壓技術(shù)，1996，22（4）：65－67．

［2］張龍，魏光輝，劉存禮．10kV脈沖標(biāo)準(zhǔn)分壓器的設(shè)計與研究［J］．宇航計測技術(shù)，2008，28（2）：54－56．

［3］呂瑋，吳廣寧，周利軍，等．阻容型高壓沖擊分壓器參數(shù)設(shè)定及仿真［J］．儀表技術(shù)，2010（5）：54－56．

［4］薛曄．阻容分壓器的誤差分析一例［J］．高壓電器，1998（1）：58－62．