做了个新玩具-2KV无电感元件耐压测试仪

kaixi_ants

以前测元件耐压都是用小电棒高压包加可调电源，现在电子元件玩多了用着不方便，最近抽空做了一个像样点的耐压测试仪，分享给需要的人。
（附件： 带自动放电和触摸开关的新版本，不焊接不影响基本功能。

旧版本包含立创EDA文件及PCB gerber文件 ）

（M是网站收的，没M的可以去立创开源广场我的主页 9445397_qq 里下）

一，原理部分

原理图


高压部分采用简单的交流倍压整流电路，无需调试即可使用，适合DIY。
分上臂和下臂，正负1000V，这样的好处是测量点电平接近0V，干扰小，单臂对地电压减半，降低了漏电流和功耗，也安全一些。

测量两端短路时，LED最亮，功耗最大，约0.3W，0.3mA，主要消耗在6个限流电阻上。
开路时，LED最暗，功耗约50mW，开路电压约2200V。

测量部分用成品20V 5135表头，字大看着舒服（TB新的14），1.1M内阻，当然其它小表头也是可以用的；
通过10*10M的1：100降压网络，再去除DP小数点焊点，就变成100M内阻，2000V表头了。

二、制作与组装


虚拟电路板

表头电源模块必须用隔离度高，纹波小的5V电源，要不有干扰，表头不归零。

外壳采用11.5*9cm的防水盒（TB几块钱，用签到红包几毛到手），
整机最大功耗小于1W。



内部安装图

因为我这个用的是V1.0版本PCB（设计为3000V搞复杂了，挡位切换等引入干扰大，废弃），1：100电阻网络和测试座是用洞洞板焊接的。
V1.1版本只需把焊好元件后把表头部分剪下来，安装到盒子上盖后即可。
注意1：100电阻网络要用硅胶密封，避免环境干扰。

打孔之类主要是体力劳动，不赘述了


侧面安装电源插座和开关。

盒子底部4个点打点硅胶，晾干后可以防滑。

三、实测部分


使用前先调节表头的可变电阻校准。
注意不要用1000V以上高压，因为大部分表都只有1000V量程。
我之前一块老表VC9806接这个开路2000V高压，里面分压电阻被高压打坏了（阻值降低），200mv以外的电压档位都不准了，还没来得及修。




测高压LED



测650V耐压NMOS



测1200V IGBT


测450V电解电容

四、注意事项
本测试仪有高压，请谨慎使用，勿带电操作，被电到或元件损坏可别找我哈

1，唯一安全操作方法
关机状态放置好元件->开机测量->关机->电容类元件要放置一段时间以释放电压->取下元件

2，人身安全问题
本电路虽有2000V高压，但有2M欧的限流电阻，且仅5nF的电容储能，人接触测试两端无生命危险，但麻痹和刺痛是少不了的，请勿尝试直接接触测量的正负极。

2000V能拉1mm左右的电弧，用香蕉头测试夹子也要注意不要靠近夹子金属裸漏部分。

3，高压电容充电安全问题
电容具有储能作用，测量高压电容耐压，会存储较高电压，即使只有100V，也是比较危险的，请注意一定要放电。
亲身经历，18nF, 1-2KV，手指不小心碰到，感觉整个胳膊都麻了，整个人一下子精神了。
加速放电可以用大功率电阻，千万不要直接短路，对电容容量和寿命都有损害。

4，器件安全问题
经过实际验证，以下元件不要测试耐压，必有损伤
4.1， 除所有铝电解电容和耐压直流2200V以上的电容外，其它电容都会损伤。
损伤表现为内部短路、漏电阻或电容值下降，其中固态电容、涤纶电容会短路、普通瓷片电容会形成漏电阻，mlcc、cbb会减容。
铝电解无问题是因为本身存在较大漏电阻同时可以电解修复,二者可以在耐压值附近形成平衡。
2200V以上耐压电容，如高压瓷片、标630V以上cbb，注意不要短路放电，否则也必减容。

4.2，大约 4M欧以上高阻值电阻（1/4W插件和所有贴片），损伤表现为电阻值下降、且不稳定
所以不要用普通万用表直接测量1000V以上的电压，会使分压电阻损坏。

4.3，MOS 栅极耐压VGS
这个VGS超压MOS就短路失效。
测试MOS的正向耐压时，必须把栅极与源极连接，不要开路测试（因为存在分布电阻会使VGS超压）。我给的PCB里面有专用的NMOS测试位，包括TO220和TO247。


还有部分元件必须严格关机连接元件再上电测试，不要先上电再连接元件测试，这必然会形成电弧，峰值电压过高导致元件损坏
4.4，LED反向耐压
这个反向有电弧测必挂.，短路或断路失效都可能。

4.5，肖特基反向耐压
这个带电弧多测几次有概率挂，短路失效。

4.6，4007等1000V高压二极管反向耐压
之前V1.0 3KV电路验证过程中用M7反向做降压限流，挂了一个，可能是因为功耗大，时间长烧了。


其它如三极管、稳压管、压敏电阻比较皮实，带电弧持续测试也没遇到坏的，当然也可能是样本不够多，反正按着安全操作方法测量肯定没问题。


测量中阵亡的电子元件尸体

V1.2版本更新说明：
1,增加了测量电容耐压后断电自动放电功能，放电自动亮红灯，红灯灭表示放电完成，可以安全取下电容
继电器可以用二手的NEC的EC2（6毛，推荐）、松下TX2（6毛）、宏发的HFD27（1块）或其它相同脚位的，都要5V的。
使用前最好测量下继电器的输出开路l耐压，必须用继电器的两路串联，1路耐压不到2000V，个别不好的可能串联也有微小的放电声音

大功率电阻2W要3个串，3W两个串，7W一个就行。按电路图中几组电阻参数在2KV 0.3u和500V 100u下测试放电没有任何问题，虽然瞬间几百W的功率很吓人。

另外要把电源模块上的输出电容拆下来，这样断电后继电器可以立刻关闭，开始放电，表头依靠C17的存电可以在断电后多显示几秒


2，增加了触摸开关，单火线的小功率模块，可直接替代原来的机械开关，。
1cm*1cm触摸模块剪下来，焊好引线，用热熔胶固定到上面板左或右上角的内侧，LED对应上面板位置提前打个小孔，用硅胶密封，
这样电源指示和开关控制在相同位置，便于使用。

此模块也可以单独剪下来，用来控制30W（sot23可控硅）或40W（TO92可控硅）以下的小灯，更高功率的还未完成验证，后面另开贴。







补充内容 (2022-3-19 19:56):
帖子不能编辑了，V1.2版本的触摸电路有个bug，请看说明置顶说明

kaixi_ants

帖子不能编辑了，V1.2版本的触摸电路有个bug，已经打板且需要触摸开关的请注意：
可控硅方向放反了，不能用贴片可控硅，要用to92的插件可控硅，并把方向反转一下

V1.3版本已修复此bug，可以去力创开源广场下载

qrut

最好不要用非隔离电路，可以用个电蚊拍改一下～

kaixi_ants

qrut 发表于 2022-2-8 19:26
最好不要用非隔离电路，可以用个电蚊拍改一下～

非隔离还并非最大的安全因素，因为怎么都有18n电容和1M电阻与火线隔离。
最大风险在测量高压电容耐压上，后续我会再加个自动放电的功能

msz09861

先收藏，再认真学习。现在还看不懂。

kaixi_ants

以前我用这种升压模块

优点是
相对安全，单点触摸没有任何问题
缺点是：
1，输出电压和功率成正比，输入电压和电流要仔细调整，
如果加反馈实现自动控制，电路就复杂了
2，不能长时间高压输出，容易烧。
我用坏过两个

现在使用交流倍压整流，主要好处是：
1，电路简单，无需调整电路参数
2，天然负反馈，电压越高耗能越少，无需额外控制和反馈电路就可实现1到2000v测量
3，可以持续测试，无需考虑散热和寿命问题。
缺点就是：
安全性低了。当然也不可能致命啦，现在基本都是楼房环境，人体单点触摸其实也没有什么感觉。
适合胆大心细的人使用

qrut

kaixi_ants 发表于 2022-2-8 20:20
非隔离还并非最大的安全因素，因为怎么都有18n电容和1M电阻与火线隔离。
最大风险在测量高压电容耐压上， ...

是的不隔离谈不上安全隐患最多手误触碰时有点儿刺痛感，回复里建议用电蚊拍电路主要是低压供电完全隔离，好处是误触时不会有刺痛感（除非正负极一起），一个是低压电池供电可以脱离220v外接电源比较便携。电蚊拍电路就是rcc前级升压加后级倍压整流，几乎可以拿来就用无需过多改造。你这个电路建议再加个可变限流电路，可以避免测试某些元件耐压时造成的过流损坏问题，例如不同种类电容能承受的漏电流是不同的，有些比较娇气的元件如果不限制电流测试时间较长就会损坏，测试后电容的放电功能也比较容易实现，加个手动放电按钮是最简单的方法。类似的耐压测试仪论坛之前也有不少人做过，但是都是比较简单的升压限流测试，其实并不能完全安全的测试大多数器件的耐压，主要是单一电流档位和测试时间问题。我曾经提出过一种测试方法（主要针对未知耐压的电容），常规限流测试由于不能准确知道个体电容的漏电流极限，往往容易过流损坏器件。如果采用单片机控制则比较有效的避免这个问题。具体是单片机控制输出每隔一个周期检测电容电压如果一直上升则继续，不再上升且且电压略微下降则判定达到耐压极限（漏电增加），切断电流输出且记录下电容电压即为极限耐压参数（具体电流可以根据电容种类和数据表查询相关极限漏电参数设定一个对应类型的合适最大电流输出），测试结果再取值3分之2就基本上可以作为这个未知耐压电容的额定电压。由于每次检测电容电压都切断充电回路，因此不会使电容较长期的处于极限耐压状态，测试时损坏的概率大为降低。对于大电解之类的也可以根据充电电压上升速度切换不同档位的充电电流提高测试速度。测试结束后自动启动放电功能对电容放电～

kaixi_ants

无论哪种电路，人体同时接触测试正负极都是不安全的，对人的伤害与正负极电压、电容储能大小成正比

kaixi_ants

qrut 发表于 2022-2-8 21:41
是的不隔离谈不上安全隐患最多手误触碰时有点儿刺痛感，回复里建议用电蚊拍电路主要是低压供电完全隔离， ...

你说的有道理。我开始设计是3000v，有两档限流调整的，但高压下器件功耗和寿命存在问题，还有表头档位问题，一再简化变成现在这样，其实2000v足够用了。
现在这个先用着看看，以后再用单片机做个更完美的

aacyxjz

默默给楼主加个分

mhtlov

工具得心应手

ljlun

用逆变电路更安全，还能用电池供电

njbhqm

一个电蚊拍搞定，这个完全不符合安全规范

人生涅槃

先收藏，研究学习一下

wfzdm

电压有点高，注意安全

t3486784401

高压电容的极限短路测试，我还真的做过：标称 475（4.7uF）/ 2kV 的 CBB，尺寸比麻将牌大一圈。

在 1.5kV 位置直接搭铁短路，火花和声音就不说了，每次都能把电容腿焊在铁片上。容量变化很有趣：

出厂大约 4.8-5.0uF，啪一次掉到 3.8uF，啪两次掉到 3.5uF；
继续啪慢慢下降，但始终没能掉下 3.2uF；
最后啪多了容量反而慢慢回升，稳定在 3.5uF 左右。

kaixi_ants

t3486784401 发表于 2022-2-9 23:41
高压电容的极限短路测试，我还真的做过：标称 475（4.7uF）/ 2kV 的 CBB，尺寸比麻将牌大一圈。

在 1.5kV  ...

这是把能烧的部分都烧掉了？

北落师门

kaixi_ants 发表于 2022-2-8 21:38
以前我用这种升压模块

优点是

这种模块里面是单管自激加上三级倍压，元件参数有问题，本身设计是给大功率用的，那个震荡三极管电流很大，长时间工作发热厉害，得撬开黑色封胶改大电阻，麻烦；输出倍压部分的电容耐压有问题，三个CBB电容，一个才2kV左右，串联也就6kV，但这种模块通常要输出10kV以上的电压，所以很容易坏的。

玛德陛下

这个没有元件来测试玩啊

yerufeng

这个测晶体管会把管子击穿吗？

kaixi_ants

yerufeng 发表于 2022-2-12 11:11
这个测晶体管会把管子击穿吗？

不会，电流最大0.3ma，功率最大150mw，正确操作，最容易烧的led反向耐压测试也不会有问题