一種紋波電流產生方法與電路技術

一種紋波電流產生方法用電路，包括直流電源U，電感L1、L2、二極管D1、D2、場效應管Q1、Q2，脈寬調制控制電路P，被測電容，電感L2存在一個帶有氣隙的磁芯，被測電容和電感L串聯后與電源并聯；上管Q1，電感L2、下管Q2依次連接，連接點1、2分別通過D2、D1接至被測電容；控制電路P驅動場效應管Q1、Q2同步工作在開關狀態，最大占空比小于0.5；利用Q1、Q2導通時對電感L2勵磁產生放電電流，Q1、Q2關斷時，電感L2通過D1、D2續流并去磁產生充電電流，回收了能量，這樣來獲得被測電容的紋波電流，具有成本低、耗能低、接線簡單、體積小的特點。

【技術實現步驟摘要】
一種紋波電流產生方法與電路
本專利技術涉及高頻紋波電流的產生，特別涉及用于測試電解電容的高頻紋波電流的產生。
技術介紹
目前，開關電源應用很多，對于輸入功率在75W以下，對功率因素(PF，PowerFactor，也稱功率因數)不作要求的場合，反激式(Fly-back)開關電源具有迷人的優勢：電路拓撲簡單，輸入電壓范圍寬。反激式開關電源由于元件少，電路的可靠性相對就高，所以應用很廣，為了方便，很多文獻簡稱為反激開關電源。常見的拓撲如圖1所示，該圖原型來自張興柱博士所著的書號為ISBN978-7-5083-9015-4的《開關電源功率變換器拓撲與設計》第60頁，該書在本文中簡稱為：參考文獻一。由整流橋101、濾波電路200、以及基本反激拓撲單元電路300組成，實用的電路在整流橋前還加有EMI(ElectromagneticInterference)等保護電路，以確保反激開關電源的電磁兼容性達到使用要求。濾波電路200一般由電解電容CL構成，隨著工業領域中智能化系統的推廣，小功率反激式開關電源向各個領域滲透，而其不足之處也隨之體現出來，因為使用了電解電容CL，而該電解電容的特性也因此限制了圖1反激式開關電源的用途，眾所周知，電容CL經常為400V耐壓的電解電容，而耐壓大于250V的電解電容，其低溫一般只能工作到-25℃。即在-40℃的環境下，如東北三省、新彊、以及高緯度的國家與地區，小功率反激式開關電源的使用變得棘手，當然，可以使用如CBB這種CBB薄膜電容來濾波，但體積過大，且成本過高。設計一個開關電源時，經常面臨該電解電容的壽命問題，而它的壽命一般由耐壓、等效串聯電阻(ESR，是EquivalentSeriesResistance的縮寫)、紋波電流(Ripplecurrent)、損耗角(tgδ)等因素所決定，特別是最大紋波電流，又稱為最大允許紋波電流，即額定紋波電流(IRAC)，其定義為：在最高工作溫度條件下電容器最大所能承受的交流紋波電流有效值。并且指定的紋波電流為標準頻率(一般為100Hz-120Hz)的正弦波絕對值。電解電容在使用時，出現特殊的紋波電流，充電時，為交流電達到接近電壓峰值時產生的充電電流，這在授權公告號CN102594175B的說明書0008段中有充分的說明；充電的電流頻率為交流電的頻率的兩倍，為低頻脈動直流電；而在放電時，是高頻紋波電流，基本上為反激式開關電源的功率級的激磁電流，若是電流斷續模式，波形為三角波。上述的《開關電源功率變換器拓撲與設計》第162頁的圖10-9(b)有展現，由于為公知技術，這里不再用圖形展示。即，電解電容在反激式開關電源中作為輸入整流濾波電容使用時，其紋波電流是：充電為低頻脈動直流電流，放電為高頻紋波電流放電。由于目前沒有有效的測試方法、儀器來管控或驗證電解電容額定紋波電流，所以很多反激式開關電源達不到使用壽命，比如，標稱為450BXC47MEFC18×25的進口電解電容，標稱耐壓450V，紋波電流為1200mA，105℃壽命為12000小時的電解電容，應用于15W輸出的反激式開關電源上，效率為85％，工作電壓220VAC，實測紋波電流為59mA，在高溫85℃環境下，結果僅工作93天，即2230小時，該電解電容就已經失效。更換該電解電容及相關損壞器件后，開關電源仍可正常工作。即使在其它的應用場合，如帶有PFC功能的大功率開關電源，先由BOOST電路升至380V，對電解電容充電，得到較為平滑的直流電，再對雙管正激或LLC變換器供電，同樣，對該電解電容的紋波電流的管控、了解，有助于掌握產品的預期設計壽命。由于目前沒有有效的測試方法、儀器來管控電解電容額定紋波電流，大部分設計人員都是把電解電容裝入開關電源的工作位置，實際測試其壽命，每測一只電解電容，就要浪費一只開關電源，當電容壽命接近終了時，容易損壞開關電源，進一步引起成本上升。如上述的450BXC47MEFC18×25，一般用于15W輸出的反激式開關電源上。但在測試或老化時，比如在311V的直流下，紋波電流達額定紋波電流1200mA，那么開關電源的消耗功率就要達到311V×1.2A＝373.2W，這樣的電源本身成本不低，若輸出是48V，效率為90％，目前業界的做法是，把這48V，再逆變為220VAC返回市電，但效率為90％左右，綜合效率在81％左右，接線復雜，使用極不方便。為了縮短試驗時間，一般都是放到恒溫箱內高溫條件下測試，這種把電解電容裝入開關電源的方法，占用空間大，接線也很復雜，且出現失效時，由于開關電源也在高溫環境下，無法區分是誰導致了失效。而且，更改一種型號的電解電容，就要重新尋找對應的開關電源來對應，使用極不方便。現有方法有很多不足之處：成本高、耗能很大、接線復雜、體積大、使用極不方便。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術要解決現有的紋波電流產生方法與電路的不足，提供一種紋波電流產生方法與電路，低成本、低能耗地提供高頻紋波電流，具有接線簡單、使用方便的特點。本專利技術提供的一種紋波電流產生方法，包括直流電源，第一電感、第二電感、第一二極管、第二二極管、兩只場效應管，一脈寬調制控制電路，以及連接被測電容兩只引腳的輸出端子，包括正端子與負端子，所述第二電感存在一個帶有氣隙的磁芯，所述的直流電源的輸出有正極和負極，按下述方法連接成紋波電流產生電路：被測電容的輸出端子和第一電感串聯后與直流電源并聯；兩只場效應管，其中一只作為上管，另一只作為下管，上管的漏極連接正端子，上管的源極連接第二電感的一端，連接點同時連接第二二極管的陰極；第二電感的另一端，連接下管的漏極，連接點同時連接第一二極管的陽極；下管的源極連接負端子；第一二極管的陰極連接正端子，第二二極管的陽極連接負端子；脈寬調制控制電路內部包括隔離驅動，同時驅動兩只場效應管，兩只場效應管同步地工作，工作在開關狀態，脈寬調制控制電路的最大占空比小于0.5；且連接要保證以下工作過程：場效應管導通時，被測電容的端電壓，通過被測電容的輸出端子和已完全導通的兩只場效應管對第二電感激磁，在兩只場效應管導通過程中，第一、第二二極管不導通；繼而兩只場效應管同步截止時，第二電感的續流電流通過第一、第二二極管、被測電容的輸出端子向被測電容充電,第一、第二二極管處于導通狀態；調節脈寬調制控制電路的輸出占空比，使得被測電容中獲得不同的高頻紋波電流。上述的方法，稱為方法一，可以讓被測電容的充電與放電，都獲得高頻紋波電流，若讓被測電容獲得低頻充電電流，高頻的放電紋波電流，那么，本專利技術提供了方法二：本專利技術提供的另外一種紋波電流產生方法，包括直流電源，一電容，第一電感、第二電感、第一二極管、第二二極管、兩只場效應管，一脈寬調制控制電路，以及連接被測電容兩只引腳的輸出端子，包括正端子與負端子，所述第二電感存在一個帶有氣隙的磁芯，所述的直流電源的輸出有正極和負極，按下述方法連接成紋波電流產生電路：所述的直流電源和電容并聯，被測電容的輸出端子和第一電感串聯后與電容并聯；兩只場效應管，其中一只作為上管，另一只作為下管，上管的漏極連接正端子，上管的源極連接第二電感的一端，連接點同時連接第二二極管的陰極；第二電感的另一端，連接下管的漏極，連接點同時連接第一二極管的陽極；下管的源極連接負端子；第一二極管本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種紋波電流產生方法，包括直流電源，第一電感、第二電感、第一二極管、第二二極管、兩只場效應管，一脈寬調制控制電路，以及連接被測電容兩只引腳的輸出端子，包括正端子與負端子，所述的第二電感存在一個帶有氣隙的磁芯，所述的直流電源的輸出有正極和負極，按下述方法連接成紋波電流產生電路：所述的被測電容的輸出端子和所述的電感串聯后與所述的直流電源并聯；所述的兩只場效應管，其中一只作為上管，另一只作為下管，所述的上管的漏極連接所述的正端子，所述的上管的源極連接所述的第二電感的一端，連接點同時連接所述的第二二極管的陰極；所述的第二電感的另一端，連接所述的下管的漏極，連接點同時連接所述的第一二極管的陽極；所述的下管的源極連接所述的負端子；所述的第一二極管的陰極連接所述的正端子，所述的第二二極管的陽極連接所述的負端子；所述的脈寬調制控制電路內部包括隔離驅動，同時驅動所述的兩只場效應管，所述的兩只場效應管同步地工作，工作在開關狀態，所述的脈寬調制控制電路的最大占空比小于0.5；且連接要保證以下工作過程：所述的場效應管導通時，所述的被測電容的端電壓，通過所述的被測電容的輸出端子和已完全導通的所述的兩只場效應管對所述的第二電感激磁，在所述的兩只場效應管導通過程中，所述的第一、第二二極管不導通；繼而所述的兩只場效應管同步截止時，所述的第二電感的續流電流通過所述的第一、第二二極管、所述的被測電容的輸出端子向所述的被測電容充電,所述的第一、第二二極管處于導通狀態；調節所述的脈寬調制控制電路的輸出占空比，使得所述的被測電容中獲得不同的高頻紋波電流。...

【技術特征摘要】
1.一種紋波電流產生方法，包括直流電源，第一電感、第二電感、第一二極管、第二二極管、兩只場效應管，一脈寬調制控制電路，以及連接被測電容兩只引腳的輸出端子，包括正端子與負端子，所述的第二電感存在一個帶有氣隙的磁芯，所述的直流電源的輸出有正極和負極，按下述方法連接成紋波電流產生電路：所述的被測電容的輸出端子和所述的第一電感串聯后與所述的直流電源并聯；所述的兩只場效應管，其中一只作為上管，另一只作為下管，所述的上管的漏極連接所述的正端子，所述的上管的源極連接所述的第二電感的一端，連接點同時連接所述的第二二極管的陰極；所述的第二電感的另一端，連接所述的下管的漏極，連接點同時連接所述的第一二極管的陽極；所述的下管的源極連接所述的負端子；所述的第一二極管的陰極連接所述的正端子，所述的第二二極管的陽極連接所述的負端子；所述的脈寬調制控制電路內部包括隔離驅動，同時驅動所述的兩只場效應管，所述的兩只場效應管同步地工作，工作在開關狀態，所述的脈寬調制控制電路的最大占空比小于0.5；且連接要保證以下工作過程：所述的場效應管導通時，所述的被測電容的端電壓，通過所述的被測電容的輸出端子和已完全導通的所述的兩只場效應管對所述的第二電感激磁，在所述的兩只場效應管導通過程中，所述的第一、第二二極管不導通；繼而所述的兩只場效應管同步截止時，所述的第二電感的續流電流通過所述的第一、第二二極管、所述的被測電容的輸出端子向所述的被測電容充電,所述的第一、第二二極管處于導通狀態；調節所述的脈寬調制控制電路的輸出占空比，使得所述的被測電容中獲得不同的高頻紋波電流。2.一種紋波電流產生方法，包括直流電源，一電容，第一電感、第二電感、第一二極管、第二二極管、兩只場效應管，一脈寬調制控制電路，以及連接被測電容兩只引腳的輸出端子，包括正端子與負端子，所述的第二電感存在一個帶有氣隙的磁芯，所述的直流電源的輸出有正極和負極，按下述方法連接成紋波電流產生電路：所述的直流電源和所述的電容并聯，所述的被測電容的輸出端子和所述的第一電感串聯后與所述的電容并聯；所述的兩只場效應管，其中一只作為上管，另一只作為下管，所述的上管的漏極連接所述的正端子，所述的上管的源極連接所述的第二電感的一端，連接點同時連接所述的第二二極管的陰極；所述的第二電感的另一端，連接所述的下管的漏極，連接點同時連接所述的第一二極管的陽極；所述的下管的源極連接所述的負端子；所述的第一二極管的陰極連接所述的正極，所述的第二二極管的陽極連接所述的負極；所述的脈寬調制控制電路內部包括隔離驅動，同時驅動所述的兩只場效應管，所述的兩只場效應管同步地工作，工作在開關狀態，所述的脈寬調制控制電路的最大占空比小于0.5；且連接要保證以下工作過程：所述的場效應管導通時，所述的被測電容的端電壓，通過所述的被測電容的輸出端子和已完全導通的所述的兩只場效應管對所述的第二電感激磁，在所述的兩只場效應管導通過程中，所述的第一、第二二極管不導通；繼而所述的兩只場效應管同步截止時，所述的第二電感的續流電流通過所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王保均，
申請(專利權)人：廣州金升陽科技有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44