CN202057732U - 电容及开关电源高压铝电解电容纹波电流检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例公开了一种电容及开关电源高压铝电解电容纹波电流检测装置，包括：采样电阻以及分别与采样电阻并联的高通滤波器和低通滤波器；采样电阻一端与待测电容的正极连接，另一端与输入电源连接；与高通滤波器和低通滤波器连接的示波器，对采样电阻上的高频电压和低频电压进行采样；与示波器连接的计算器，将高频电压和低频电压转换为高频纹波电流和低频纹波电流，并进一步转换为标准频率下的纹波电流，且计算两个纹波电流的均方根值，得出流经待测电容的实际纹波电流。该装置可准确测量电容的纹波电流值，以最少的成本提高开关电源高压铝电解电容的可靠性，降低研发成本和产品的维修成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子领域，尤其涉及一种电容纹波电流检测装置及开关电源高压铝电解电容纹波电流检测装置。
背景技术
在电子技术高速发展的今天，开关电源在各式各样的电子设备都有使用。开关电源的寿命在很大程度取决于铝电解电容，因为在开关电源产品中，除铝电解电容以外的其他元器件只出现偶发故障，铝电解电容由于化学变化，会发生损耗性故障，这种故障模式与其他元器件的偶发故障模式相比，问题更加严重，因为对损耗性故障来说，只要一到确定的时间，就肯定要发生故障，因此，保证铝电解电容在开关电源使用寿命期内不发生故障十分重要。
由于铝电解电容从等效电路来看，并不是单纯的电容，而是包含有串联电阻和串联电感的电路，等效串联电阻是耗能元件，它的损耗功率变成热量，从而影响了铝电解电容的寿命，当铝电解电容中流过纹波电流时，其阻抗值不同电容发热的程度就不一样，其发生损耗故障的时间就不一样，但其阻抗是随频率变化的，所以各种铝电解电容都有规定在不同的工作频率下允许的纹波电流值（厂家提供），如果从可延长铝电解电容的寿命出发，应增加对纹波电流的余量，但这要有一个前提：如何测量电路中铝电解电容实际承受的纹波电流值？
在开关电源初级电路使用的铝电解电容与其它地方使用的铝电解电容还是有一些区别的，特点在于铝电解电容需要承受两种频率的纹波电流，一部分为市电50/60HZ的正弦交流电压通过整流后成为100/120HZ的脉动的直流电压，另外一部分为开关电源的开关电路部分的斩波电路通过高频开关器件将100/120HZ的电压斩成几十KHZ或几百KHZ的方波，当不同频率的纹波电流经过铝电解电容时，铝电解电容的阻抗是不一样的，所以同样大小的不同频率的纹波电流经过铝电解电容时产生的损耗功率不同，对铝电解电容寿命的影响也不一样，而且铝电解电容厂家也规定在不同的工作频率下允许的纹波电流值是不同的。因此，对开关电源的铝电解电容进行可靠性设计时，只有将这两种频率的纹波电流根据厂家提供纹波电流与频率的关系转换成同一种频率的纹波电流值进行计算，才能真实的反映开关电源铝电解电容的真实的纹波电流，而不至于发生电解电容的实际纹波电流超过额定值，导致电解液温度过高，使铝电解电容很快因电解液干枯而失效，影响用户正常使用，厂家的维护成本升高。而如果设计铝电解电容时将纹波电流值裕量设计过大，也会造成企业成本过高，影响竞争力。
同时，工程上主要采用带有高频电流探头的示波器来测量铝电解电容的纹波电流，但该仪器的价格昂贵，一般在几十万以上。而且这种示波器测量的是以100/120HZ为基波但可以展开为高频纹波电流的一个波形，这个波形含包含所有的高频成分，测量的低频纹波电流分量远大于实际的低频纹波电流，虽然铝电解电容的可靠性无形中被提高很多，这无形中导致对高压电容的选择更加苛刻，直接增加了产品的成本。
实用新型内容
本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，提供一种电容纹波电流检测装置及开关电源高压铝电解电容纹波电流检测装置，可准确测量电容的纹波电流值，以最少的成本提高开关电源高压铝电解电容的可靠性，为企业降低研发成本和产品的维修成本，且实施本实用新型的成本低廉。
为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种电容纹波电流检测装置，包括：
采样电阻以及分别与所述采样电阻并联的高通滤波器和低通滤波器；所述采样电阻一端与待测电容的正极连接，另一端与输入电源连接；
与所述高通滤波器和低通滤波器连接的示波器，所述示波器对采样电阻上的高频电压和低频电压进行采样和获取；
与所述示波器连接的计算器，所述计算器将所述高频电压和低频电压转换为高频纹波电流和低频纹波电流，并进一步将所述高频纹波电流和低频纹波电流转换为标准频率下的纹波电流，且计算两个纹波电流的均方根值，得出流经所述待测电容的实际纹波电流。
其中，所述待测电容的负极接地，正极与所述采样电阻连接。
其中，所述输入电源包括两部分，一部分为市电压通过整流后形成的脉动的直流电压，另外一部分为开关电源的斩波电路对所述脉动的直流电压转换后形成的10KHz—1000 KHz方波。
其中，所述计算器包括：
预设所述待测电容的纹波电流与频率的比例系数，以及所述标准频率的参数设置模块；
根据所述示波器获取的高频电压、低频电压以及采样电阻的大小，计算通过所述采样电阻的高频纹波电流和低频纹波电流的第一计算模块；
根据所述参数设置模块设定的纹波电流与频率的比例系数以及所述标准频率，将所述第一计算模块计算得出的高频纹波电流和低频纹波电流分别转换为标准频率纹波电流的第二计算模块；
计算所述第二计算模块转换得出的两个标准频率纹波电流的均方根值，得出流经所述待测电容的实际纹波电流的第三计算模块。
其中，所述计算器还包括：
判断所述电流计算模块得出的待测电容的实际纹波电流是否超过所述待测电容的额定纹波电流的判断模块。
其中，所述高通滤波器由高通电容和第一电阻串联构成；所述低通滤波器由低通电容和第二电阻串联构成。
其中，所述示波器的第一检测端连接在所述高通电容和第一电阻之间、第二检测端连接在所述待测电容的正极，对采样电阻上的高频电压进行采样；
所述示波器的第三检测端连接在所述低通电容和第二电阻之间、第四检测端连接在所述待测电容的正极，对采样电阻上的低频电压进行采样。
其中，所述高通滤波器和低通滤波器为数字滤波器。
其中，所述待测电容为铝电解电容。
相应的，本实用新型还提供一种开关电源高压铝电解电容纹波电流检测装置，该开关电源高压铝电解电容纹波电流检测装置中包括上述的电容纹波电流检测装置。
实施本实用新型实施例提供的电容纹波电流检测装置及开关电源高压铝电解电容纹波电流检测装置，可准确测量电容的纹波电流值，以最少的成本提高开关电源高压铝电解电容的可靠性，为企业降低研发成本和产品的维修成本，且实施本实用新型的成本低廉。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型提供的电容纹波电流检测装置第一实施例结构示意图；
图2为本实用新型提供的电容纹波电流检测装置第二实施例结构示意图；
图3为本实用新型提供的电容纹波电流检测装置第三实施例结构示意图。
具体实施方式
实施本实用新型实施例提供的电容纹波电流检测装置及开关电源高压铝电解电容纹波电流检测装置，可准确测量电容的纹波电流值，以最少的成本提高开关电源高压铝电解电容的可靠性，为企业降低研发成本和产品的维修成本，且实施本实用新型的成本低廉。
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参见图1，为本实用新型提供的电容纹波电流检测装置第一实施例结构示意图，如图1所示，该装置包括：
采样电阻1以及分别与采样电阻1并联的高通滤波器2和低通滤波器3；采样电阻1一端与待测电容7的正极连接，另一端与输入电源4连接的。
与高通滤波器2和低通滤波器3连接的示波器5，示波器5对采样电阻1上的高频电压和低频电压进行采样和获取。
与示波器5连接的计算器6，计算器6将高频电压和低频电压转换为高频纹波电流和低频纹波电流，并进一步将高频纹波电流和低频纹波电流转换为标准频率下的纹波电流，且计算两个纹波电流的均方根值，得出流经待测电容7的实际纹波电流。
实施本实用新型实施例提供的电容纹波电流检测装置可准确测量电容的纹波电流值，以最少的成本提高开关电源高压铝电解电容的可靠性，为企业降低研发成本和产品的维修成本，且实施本实用新型的成本低廉。
参见图2，为本实用新型提供的电容纹波电流检测装置第二实施例结构示意图，在本实施例中，将更为详细的描述该电容纹波电流检测装置的结构。该装置如图2所示，包括：
一端与待测电容7的正极连接，另一端与输入电源4连接的采样电阻1，同时，待测电容7的负极接地，正极与采样电阻1连接。在本实施例中，输入电源4输入的电流包括两部分，一部分为市电50/60HZ的正弦交流电压通过整流后形成的100/120HZ的脉动的直流电压，另外一部分为开关电源的开关电路部分的斩波电路通过高频开关器件将100/120HZ的电压斩成的10KHz—1000 KHz方波。
高通滤波器2和低通滤波器3分别与采样电阻1并联。示波器5与高通滤波器2和低通滤波器3连接，示波器5用于对采样电阻1上的高频电压和低频电压进行采样和获取。
通过上述电路结构，开关电源初级高压电容正极和电网的整流后正电压之间串接一个阻值较小的采样电阻1，这样待测电容7的纹波电流就将全部通过采样电阻1，采样电阻1将电流信号转变为电压信号，通过在采样电阻1两端并联的低通滤波器3，示波器5很容易检测出采样电阻1上低频电压；同理，通过在采样电阻1两端并联的高通滤波器2，示波器5也可以检测出采样电阻1上高频电压，这样就把采样电阻1上的电压通过两个滤波器分离出来了。
计算器6与示波器5连接，计算器6将高频电压和低频电压转换为高频纹波电流和低频纹波电流，并进一步将高频纹波电流和低频纹波电流转换为标准频率下的纹波电流，且计算两个纹波电流的均方根值，得出流经待测电容7的实际纹波电流。更为具体的，计算器6包括：
预设待测电容7的纹波电流与频率的比例系数，以及标准频率的参数设置模块64。待测电容7纹波电流与频率的比例系数可以通过电容规格书查到。
根据示波器5获取的高频电压、低频电压以及采样电阻1的大小，计算通过采样电阻1的高频纹波电流和低频纹波电流的第一计算模块61。第一计算模块61可以根据欧姆定律，分别用示波器5获取的高频电压、低频电压除以采样电阻1的大小，获得通过采样电阻1的高频纹波电流和低频纹波电流的大小。
根据参数设置模块64设定的纹波电流与频率的比例系数以及标准频率，将第一计算模块计算得出的高频纹波电流和低频纹波电流分别转换为标准频率纹波电流的第二计算模块62。
计算第二计算模块62转换得出的两个标准频率纹波电流的均方根值，得出流经待测电容7的实际纹波电流的第三计算模块63。
优选的，计算器6还包括：判断模块65，用于判断电流计算模块得出的待测电容7的实际纹波电流是否超过待测电容7的额定纹波电流的。为了保证电容的正常工作，每个电容都会有一个额定电流，流经电容的电流超过额定电流，将影响电容的使用寿命。而在本实施例中，因为待测电容（一般为铝电解电容）需要承受两种频率的纹波电流。不同频率的纹波电流经过铝电解电容时，铝电解电容的阻抗是不一样的，所以产生的损耗功率也不同，进而对铝电解电容寿命的影响也不一样。因此，对开关电源的铝电解电容进行可靠性设计时，只有将这两种频率的纹波电流根据厂家提供纹波电流与频率的关系转换成同一种频率的纹波电流值进行计算，才能真实的反映开关电源铝电解电容的真实的纹波电流，而不至于发生电解电容的实际纹波电流超过额定值，导致电解液温度过高，使铝电解电容很快因电解液干枯而失效。实施本实用新型实施例提供的电容纹波电流检测装置正是针对上述问题，可以准确测量电容的纹波电流值，以最少的成本提高开关电源高压铝电解电容的可靠性，为企业降低研发成本和产品的维修成本，且实施本实用新型的成本低廉。
参见图3，为本实用新型提供的电容纹波电流检测装置第三实施例结构示意图，在本实施例中，将更为详细的描述该电容纹波电流检测装置的结构。该装置如图3所示，包括：
一端与待测电容7的正极连接，另一端与输入电源4连接的采样电阻1，同时，待测电容7的负极接地，正极与采样电阻1连接。采样电阻1一端与待测电容7的正极连接，另一端与输入电源4连接的。
分别与采样电阻1并联的高通滤波器和低通滤波器；高通滤波器由高通电容21和第一电阻22串联构成；低通滤波器由低通电容31和第二电阻32串联构成。
示波器5与高通滤波器2和低通滤波器3连接，用于对采样电阻1上的高频电压和低频电压进行采样和获取。更为具体的，示波器5的第一检测51端连接在高通电容21和第一电阻22之间、第二检测端52连接在待测电容7的正极，对采样电阻1上的高频电压进行采样。示波器5的第三检测端53连接在低通电容31和第二电阻32之间、第四检测端54连接在待测电容7的正极，对采样电阻1上的低频电压进行采样。当然，本实施例中的高通滤波器和低通滤波器可以用数字滤波器或其它具有同等功能的滤波器替代。
计算器6与示波器5连接，其结构和功能与上一实施例中的计算器6相同，都可以将高频电压和低频电压转换为高频纹波电流和低频纹波电流，并进一步将高频纹波电流和低频纹波电流转换为标准频率下的纹波电流，且计算两个纹波电流的均方根值，得出流经待测电容7的实际纹波电流。
本实施例提供的电容纹波电流检测装置适用于检测铝电解电容的纹波电流，特别用于检测开关电源高压铝电解电容的纹波电流。因此，本实用新型还提供一种开关电源高压铝电解电容纹波电流检测装置，开关电源高压铝电解电容纹波电流检测装置中包括上述三个实施例中任一个中记载的电容纹波电流检测装置。
实施本实用新型实施例提供的电容纹波电流检测装置及开关电源高压铝电解电容纹波电流检测装置，可准确测量电容的纹波电流值，以最少的成本提高开关电源高压铝电解电容的可靠性，为企业降低研发成本和产品的维修成本，且实施本实用新型的成本低廉。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）等。
以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。
Claims (7)
1.一种电容纹波电流检测装置，其特征在于，包括：
采样电阻以及分别与所述采样电阻并联的高通滤波器和低通滤波器；所述采样电阻一端与待测电容的正极连接，另一端与输入电源连接；
与所述高通滤波器和低通滤波器连接的示波器，所述示波器对采样电阻上的高频电压和低频电压进行采样和获取；
与所述示波器连接的计算器，所述计算器将所述高频电压和低频电压转换为高频纹波电流和低频纹波电流，并进一步将所述高频纹波电流和低频纹波电流转换为标准频率下的纹波电流，且计算两个纹波电流的均方根值，得出流经所述待测电容的实际纹波电流。
2.如权利要求1所述的电容纹波电流检测装置，其特征在于，所述待测电容的负极接地，正极与所述采样电阻连接。
3.如权利要求2所述的电容纹波电流检测装置，其特征在于，所述输入电源包括两部分，一部分为市电压通过整流后形成的脉动的直流电压，另外一部分为开关电源的斩波电路对所述脉动的直流电压转换后形成的10KHz-1000KHz方波。
4.如权利要求3所述的电容纹波电流检测装置，其特征在于，所述高通滤波器由高通电容和第一电阻串联构成；所述低通滤波器由低通电容和第二电阻串联构成。
5.如权利要求4所述的电容纹波电流检测装置，其特征在于，所述示波器的第一检测端连接在所述高通电容和第一电阻之间、第二检测端连接在所述待测电容的正极，对采样电阻上的高频电压进行采样；
所述示波器的第三检测端连接在所述低通电容和第二电阻之间、第四检测端连接在所述待测电容的正极，对采样电阻上的低频电压进行采样。
6.如权利要求3所述的电容纹波电流检测装置，其特征在于，所述高通滤波器和低通滤波器为数字滤波器。
7.一种开关电源高压铝电解电容纹波电流检测装置，其特征在于，所述开关电源高压铝电解电容纹波电流检测装置中包括如权利要求1至9中任一项所述的电容纹波电流检测装置。
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