制作一款简单的耐压测试仪以及电路原理

我不是小连 · 发表于 2020-4-26 13:28:23

在电路制作过程中经常需要考虑各种元器件的耐压是否符合要求，而参数型号繁多甚至质量参差不齐的元器件经常用于耐压达不到要求而发生问题或者击穿损坏。因此【耐压测试仪】就诞生了。

原理

当晶体管或者电容等元器件在刚刚被击穿的时候，会产生一个漏电电流，通常只有几mA。所以用一个电压高并且可调但内阻很大的电压源加在其两端，当元器件刚刚被击穿漏电时候的电压就是它的耐压，而这种小电流击穿并不会对元器件造成损害。

成品欣赏

制作过程

一、如何产生高压。

常用的升压方法有：boostDC-DC，AC变压器，倍压整流，等等。boostDC-DC升压范围有限，无法从3.7V升到上千V。所以本次使用高频变压器升压。首先用NE555的无稳态电路，产生20kHz的方波输出，驱动三极管，带动高频变压器。

二、选择一个合适的变压器。

要从3.7V升压到2000V，需要匝数比约为1:540的变压器，显然普通的开关电源内用的变压器没有那么高的匝数比（例如220V转5V或12V）。那么有什么变压器的匝数比很高呢，就是老款液晶屏内CCFL灯管的变压器。通过测量初级和次级的电感，计算出其匝数比为14:2360，这样输入3.7V到12V就可以产生600~2000V可调的高压，非常合适。

在面包板上试验电路可行性，通电后，在高压侧成功拉出电弧，说明升压成功。

三、调整高压电压。

变压器改变电压的原理很简单，匝数比和输入电压决定了次级输出电压。因为匝数比是固定的，所以调整输入电压就可以改变输出电压。用一个升压模块，通过电位器调整输入电压为3~12V，就可以轻松产生可以任意调节的500~2000V高压。

四、高压整流滤波。

桥式整流相比半波整流，可以获得变压器所有的能量。20kHz的高频高压电，是不能用普通的1N4007整流二极管的，因为它的反向恢复太慢。必须用恢复速度快的FR107或者UF4007。如果频率更高，如几百kHz，就要用肖特基二极管。因为FR107的耐压只有1000V，所以桥式整流的每一个二极管都要用两只FR107串联。而滤波用的电容器也要选择高耐压的，比如1kV或者1.25kV的荧光灯中的电容。当然必须并联泄放电阻，在不用的时候放掉电容里的高压电以防触电。

五、显示部分。

既然是一台测试仪那必须要有显示输出，需要显示的有电压和电流。

电压选用的是ICL7107数码管电压表头，芯片电路简单，而且支持超高输入内阻的差分隔离电压采样输入，非常适合接在隔离的变压器两边。根据外围电路的不同，表头可以改为2V满偏或者200mV满偏。在测量高压时，显然2V满偏更准确。

而普通的单片机型电压表头是单端输入，供电和电压采样必须共地，无法适用。

电压取样分3挡，2000V、200V、20V。用电阻分压网络，需要的阻值是900k、90k、9k、1k，用三档开关切换电压采样接在哪个电阻上，同时为了防止超压损坏，并联3个二极管来把电压限制在2.1V。而小数点是直列用跳线控制的，接在三档开关上就可以。

电流显示则使用简单的指针表头就可以，测量表头线圈阻值为157Ω，满偏电压为177mV，可以算出满偏显示2mA时需要并联的电阻为202Ω。由于测量误差，实际上需要并联的是194.5Ω的电阻，用精密可调电阻调好后焊接。

电压表和电流表的接法，电流表内接还是外接会直接影响到读书的准确性。经计算，2kV÷1MΩ=2mA，而被测元件的电流也就几mA，一次电流表要先与被测元件串联后再并联电压表的分压电阻。而电流表满偏电压仅为177mV，远低于电压表测量的几十几百上千V，对电压测量的影响可以忽略不计。所以需要用电流表内接方法。

六、供电。

用单节锂电池供电是最简单的方法。NE555在3V就可以工作，升压模块只要输入高于2V就可以，电压表供电范围是3~5.5V，全部都符合要求。用一块IP5108的充电宝电路板，该有的功能就全都有了，2A充电输入可以快速充满一节18650，开关式降压比线性降压效率高发热低。由于需要按键来显示电量，而接按键出来不方便美观，因此用水银开关代替按键，这样摇一摇就可以了。

就这样所有的模块都完成了。

实际使用

使用的时候，要先接上被测元件再按键通电测量，以防止高压对元件的冲击并且避免触电。并且电压要从小到大调，而电压表挡位要放在2000V档，测量出来电压很小时再换200V或者20V档显示。二极管，三极管，MOS管，可控硅，等等都可以测反向击穿电压，稳压管可以直接显示稳压值。当然也可以用来点亮灯串，虽然只能微亮。