随着越来越多的家用电器进入城乡居民的家庭，家用电器的安全性不可忽视，出厂前须经严格测试，以保证各项安全指标符合国家有关标准。家电高压检测是安全测试中的一项重要指标，目前国内外有许多厂家生产了各种各样的高压测试仪以满足家用电器制造厂家的需要。传统的高压测试仪其测试高压一般通过自耦调压器来调节，其高压泄漏电路采用运放整流电路经A／D转换后送面板显示，优点是线路简单、调整方便。其缺点是调压器有接触不良、寿命短等现象，有时为满足用户的各种要求，测试仪必须增加开关和按键，造成测试仪可靠性下降。为克服以上缺点，本文设计了一台智能高压测试仪，采用交流调速系统中的SPWM技术，由单片机和IGBT产生可控的交流正弦电压，彻底革除了自耦调压器，采用高速A／D直接采样，测量仪器的运算速度、精度都获得提高。
1　测试原理
　　被测电器由高压变压器供给高压，通过调压器用来调节高压的大小。按国家标准，测量高压应施加1 000 V交流电压，1 min无击穿，闪烁为合格，一般以高压泄漏电流I小于10 mA为合格标准。对于出厂检测不可能施加1 min的高压，一般以施加1 s高压来代替，但高压值必须增加25％。
2　系统设计
2．1　系统功能
　　（1）仪器处于待机状态可预置测试电压值、击穿电流值及测试时间，从而使得在测试不同的产品时方便、快捷。
　　（2）2．5 kV指示灯亮时测试电压可在0～2 500V范围内输出，当5 kV指示灯亮时测试电压可在0～5 000 V范围内输出。
　　（3）采用智能输出调节技术，输出电压在开机0．5 s后自动上升并稳定在预置值；测试合格，测试电压在20 ms内降至0。
　　（4）具有自检及显示、报警功能。
2．2　系统设计理论基础
　　在采样控制理论中有一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形，这些脉冲宽度都等于π／N，但幅度不等，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替，使矩形脉冲和相应正弦部分面积相等，就可得到SPWM脉冲序列。
　　规则采样法^［1］是一种应用较广的生成SPWM波形的工程实用方法，采用三角波作为载波，三角波幅值等于1，如图1所示。

可得如下关系式　

　　以IGBT为主的强电部分采用交直交变频电路，主要用来产生频率为50 Hz，幅值可调的正弦交流电压，经高压变压器B₁升压后，加到被测电器上进行高压检测。霍尔元件LEM模块采集高压泄漏电流送到96单片机的A／D口，以实现泄漏电流的监控。
　　弱电部分采用16位的微处理机（96单片机）^［2］作为控制单元，主要用以产生驱动IGBT的SPWM信号，同时进行实时控制和参数设置、显示，大大提高了系统对信号的处理能力。由霍尔元件LEM模块采集到的泄漏电流送到96单片机的A／D口后，与设定值进行比较，当泄漏电流高于设定值时，产品不合格，显示并报警。另外具有实时监控被驱动器件电压、电流的能力，提高了系统的安全性能；8279键盘、显示芯片可以预置并显示测试高压、测试电流及检测时间等，能扩展到16位LED显示，提高了操作的简便性，降低了CPU的计算量和编程的工作量；串行E²PROM的使用实现了预置数据的存储；采用74LS377扩展外部输出口，用以控制继电器作为强电开关，更好的使强电与弱电隔离；96单片机输出信号通过三极管8050，8550组成的OCL输出提高了信号的驱动能力，保证了系统的响应速度。信号输入至EXB840（IGBT的专用驱动模块），在EXB840中集成了光耦器件、信号放大、过流检测等一系列IGBT的驱动保护功能。用继电器 KM作为强电开关来供给加在IGBT两端的电压，以保证IGBT的安全。另外在输入输出口上都设计有大量的保护器件，以提高系统的可靠性。
2．4　软件设计
　　软件完成的任务主要有：（1）系统初始化和自检；（2）SPWM波形的输出及控制；（3）高压检测，故障诊断；（4）显示及报警。
　　在软件设计中利用HSO的软件定时器，产生固定频率为50 Hz的正弦波，采用在线运算，通过改变调制比来改变输出电压的幅值，从而利用PWM口输出幅值不变，脉宽可变的SPWM波形，并可实现定时功能；利用 8279实现显示及键盘功能，在待机状态可预置测试电压值、击穿电流值及测试时间；采用串行E2PROM（AT24C01），实现按动“存储”键，可事先存储4个预置状态；采用外部中断EXINT实现过流保护时器件的关断及保护，用HSI．0作为第二级外部中断，可实现在测试时，读取停止键，回到待机状态，并利用87C196的ACH．4进行A／D采样，测试电压、击穿电流值。通道的选择由4051控制，只需对74LS377的口地址写入控制字即可。因此软件主要包括主程序及各个中断程序，中断程序有：
　　（1）键盘中断：实现键盘输入及显示，以及各个参数的预置。
　　（2）软件定时器中断：完成PWM波形的输出控制，监视输出电压、电流的A／D采样，实现定时功能。
　　（3）外部中断：主要完成在过流时发出警报，并进行相应的保护。

2．4．1　主程序
　　首先初始化，将8279清零，设置8279内部时钟，显示清零，87C196内部寄存器清零，HSO．0口置零，HSO．1口置0，使接300 V的继电器KM断开，377口送控制字20H，自检口关闭，AD口悬空，蜂鸣器静音，各寄存器赋初始值。当有中断信号时，则转入相应的中断服务程序。
2．4．2　键盘中断服务程序
　　初始化结束后，进入待工作状态，立即读入键值（LCALLGETKEY），键值送入CX中，判断CX的内容，转入相对应的键服务程序（见图3）。

2．4．3　外部中断（EXINT）服务程序
    外部中断向量地址为200EH，外部中断（EXINT）和ACH．7（A／D转换通道7）合用一个中断源，至于具体用哪一个，由IOC1．1选择。该位为 1，选择ACH．7；该位为0；则选择EXINT。文中采用EXINT作为中断源。外部中断用来作为过流时发出警报，且作好相应的保护措施。一旦IGBT 发生过流，EXB840发出过流信号GL，送到87C196的EXINT外部中断口，87C196立即响应中断，进入外部中断服务子程序。HSO．1置低电平，关断接通300 V的继电器KM，发出指令使蜂鸣器发出鸣叫声，程序转入初始状态。
2．4．3　软件定时器中断服务程序
　　采用高速输出HSO启动软件定时器，所谓软件定时器就是通过对HSO进行编程，按预定时间产生中断，87C196的4个软件定时器可同时工作。当用户设定的预定时间到时，HSO就对软件定时器标志置1，产生软件定时器中断。
　　在软件定时器中断服务程序中，主要完成SP－WM波形的输出控制及监视输出电压的A／D采样以及定时功能。
2．4．5　串行E²PROM AT24C02的应用
　　本文为了数据的存储，采用了美国ATMEL公司推出的2线串行E²PROM器件。它不需要CPU的连接逻辑或系统总线接口，直接利用CPU的输入输出引脚与大多数的微处理器相连。它具有较高的数据传输速率且不需要专用的串行总线，直接使用两根I／O引脚即可进行数据读写。96单片机的HSI．2与HSO．4复用，可用作E²PROM的SDA口，HSO．1作为时钟脉冲输入口（串行E²PROM的读写流程图见图4）。

3　结　　论
　　以上介绍了智能化高压测试仪的软件和硬件设计。实际使用结果证明，该仪器运行可靠，自动耐压测试功能完备、分析能力强、操作简便。本仪器符合国家计量检定规程（JJG745－92），适合于家用电器、仪器仪表、绝缘材料、电动电热器具的耐压检测分析。