一种纹波电流产生电路制造技术

本发明专利技术提供一种纹波电流产生电路，在实现电解电容放电能量回收以及低频脉动电流充电的同时，减小充电开关损耗，实现电解电容平均老化电压跟随输入电压，不受放电电流影响。包括一输入电压，一开关电路，一电感、一电容；开关电路、电感和电容串联后形成串联电路，串联电路的两端连接到输入电源Vin的两端；所述电感和电容的谐振周期在开关电路开通时间的三分之四至4倍之间。电源Vin给电容充电时无需提供高于电容老化所需电压的电压，可以做到无开关损耗充电。

A Ripple Current Generating Circuit

【技术实现步骤摘要】
一种纹波电流产生电路
本专利技术涉及一种纹波电流产生电路，特别涉及用于测试电解电容的低频充电纹波电流的产生电路。
技术介绍
目前，在电子系统供电系统中，开关电源应用很多。对于输入功率在75W以下，对功率因素(PF，PowerFactor，也称功率因数)不作要求的场合，反激式(Fly-back)开关电源由于电路拓扑简单，输入电压范围宽，元件少，可靠性相对高，具有广泛的应用。反激式开关电源简称为反激开关电源，常见的拓扑如图1所示。该图原型来自张兴柱博士所著的书号为ISBN978-7-5083-9015-4的《开关电源功率变换器拓扑与设计》第60页。由整流桥101、滤波电路200、以及基本反激拓扑单元电路300组成，实用的电路在整流桥前还加有EMI(ElectromagneticInterference)等保护电路，以确保反激开关电源的电磁兼容性达到使用要求。图1中滤波电路200一般由电解电容CL构成。设计一个开关电源时，经常面临该电解电容的寿命问题，而它的寿命一般由耐压、等效串联电阻(ESR，是EquivalentSeriesResistance的缩写)、纹波电流(Ripplecurrent)、损耗角(tgδ)等因素所决定，特别是最大纹波电流，又称为最大允许纹波电流，或者称为额定纹波电流(IRAC)。其定义为：在最高工作温度条件下电容器最大所能承受的交流纹波电流有效值。并且指定的纹波电流为标准频率(一般为100Hz-120Hz)的正弦波。电解电容在实际使用时，有其特殊的纹波电流。充电时，为交流电达到接近电压峰值时产生的充电电流，这在授权公告号CN102594175B的说明书0008段中有充分的说明。充电的电流频率为交流电的频率的两倍，为低频脉动电流。而在放电时，是高频纹波电流，基本上为反激式开关电源的功率级的激磁电流。若是电流断续模式，波形为三角波。上述的《开关电源功率变换器拓扑与设计》第162页的图10-9(b)有展现，由于为公知技术，这里不再用图形展示。综上所述，电解电容在反激式开关电源中作为输入整流滤波电容使用时，其纹波电流是：充电为低频脉动电流充电，放电为高频纹波电流放电。为了设计反激开关电源的寿命需要设计电解电容的使用寿命，这就需要模拟电解电容应用时的实际纹波电流对电解电容进行寿命测试。对于电解电容纹波的测试，专利授权公告号CN105242737A的专利文献给出了一种纹波电流产生方法及电路，如图2所示，包括一直流源、一电感、一变压器、一电容(为被测电容)、一二极管和控制及驱动电路。该专利文献还给出了另外一种实施例，如图3所示。包括一直流源、一电感、一变压器、一电容(为被测电容)、一二极管和控制及驱动电路，可实现电解电容的充放电功能，具有成本低、耗能低、接线简单、体积小的特点。但是图2所示的电路仅能实现电解电容高频充放电的寿命验证，图3所示的电路仅能实现电解电容直流电流充电，高频电流放电的寿命验证。实际上，开关变换器中的电解电容的工作电流特点为：低频脉动电流充电、高频脉动电流放电。因此该专利所提出的方法及电路均不符合低频脉动电流充电的这个要求。针对低频脉动电流充电的要求，专利申请号201811177216.X的专利方案如图4所示。该方案的基本原理在专利申请号201811177216.X的第一实施例中有详细描述，摘录如下：(1)控制及驱动电路的驱动信号Vg2以工频电压的2倍频率且以小于1ms开通时间对功率管Q2进行控制，实现被测电容C1的充电，低频脉动电流充电电路工作在断续导通模式，充电电流的表达式为ic(t)＝(Vin-Vc)/L1*t，其中Vin为直流源电压，Vc为被测电容端电压；当功率管Q2关断时，电感L1的电流经二极管D2进行续流，一直维持到充电电流下降到0，续流阶段的充电电流表达式为ic(t)＝Ipk-(Vc)/L1*t，其中Ipk为电感L1的峰值电流，Vc为被测电容端电压，如此获得低频的充电电流纹波，模拟实际应用场合的桥式整流电路对电解电容的充电特性，其中，电感L1还可避免电路出现较大充电电流的冲击，二极管D2给电感L1提供续流回路；(2)控制及驱动电路的驱动信号Vg1以高频(如65KHz)对功率管Q1进行控制，实现电解电容的放电，并获得高频的放电电流，模拟实际应用场合中的电能变换拓扑的能量传递过程，通过反激变压器将电解电容所释放的能量回馈到输入电源端，实现能量回馈功能。电路测试仿真结果如图5所示(图中黑色阴影是由波形密集所导致)，图中仿真波形符号说明：Vds为功率管Q1的漏源极电压，Vc为电解电容端电压，Ip为变压器原边绕组电流，Iin为输入电流，Ic为被测电容上电流，Is为变压器副边二极管D1上电流，通过观察被测电容上的电流可知：[t0，t1]阶段：输入电源经低频脉动电流充电主电路给被测电容充电，被测电容上的电流Ic快速上升，被测电容端电压Vc快速上升，一直维持到t1时刻，此时电流Ic和电压Vc达到最大；该阶段被测电容也在进行进行高频放电。[t1，t2]阶段：电解电容继续维持高频放电，一直到t2时刻。图6和图7分别为被测电容充放电的仿真波形展开图，电路在进行上述过程的循环工作。根据以上原理描述，Q2导通时充电电流表达式为ic(t)＝((Vin-Vc)/L1)*t，可知充电电流在Q2导通过程中持续增大，同时增大速度由电感两端的电压差Vin-Vc和电感L1决定。意味着Q2关断时处于大电流关断，会出现较大的开关损耗。而电感L1的电流通过二极管D2续流并截止时，由于D2存在反向恢复时间，也会出现一定的开关损耗。因此当电解电容充电电流增加时，该方案充电电路的开关损耗会显著上升。由于电容的放电能量来源于充电能量，因此如果放电电流越大，就要求充电电流也越大。如图6所示，实际续流阶段的充电电流ic(t)＝Ipk-((Vc)/L1)*t由于Vc很大，因此ic(t)在极短时间内就降低为零，全周期平均之后的充电电流极小。因此电解电容的平均充电电流基本等于Q2导通时的充电电流在全周期内的平均值。Q2导通时的充电电流ic(t)＝((Vin-Vc)/L1)*t。充电时间t即摘录说明中Q2的开通时间，一般固定为1ms。电解电容老化电压Vc需要根据老化要求设定，一般为电解电容的额定电压。为了保证ic(t)能够随着放电电流的变化而变化，就要求电感L1或者电源电压Vin随着ic(t)的变化而变化。因为电感L1制作完成后难以实时改变，这就导致电解电容在不同的电流下老化时，需要电源电压跟随老化电流变化而变化。综上所述，对于电解电容低频脉动充电电流，现有的充电方案存在充电开关损耗大，电源电压需要随着测试电流调节而改变的问题。
技术实现思路
鉴于现有电解电容老化方案存在的问题，本专利技术提供一种纹波电流产生电路，在实现电解电容放电能量回收以及低频脉动电流充电的同时，减小充电开关损耗，实现电解电容平均老化电压跟随电源电压，不受测试电流影响。本专利技术的技术方案如下：一种纹波电流产生电路，其特征在于：包括一输入电源、一开关电路、一电感、一电容；所述开关电路、电感和电容串联后形成串联电路，串联电路的两端连接到输入电源Vin的两端，所述电感和电容的谐振周期为开关电路开通时间的三分之四至4倍之间。优选的，所述的纹波电流产生电路，还包括单向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纹波电流产生电路，其特征在于：包含一输入电源、一开关电路、一电感、一电容；所述开关电路、电感和电容串联后形成串联电路，串联电路的两端连接到输入电源Vin的两端，所述电感和电容的谐振周期为开关电路开通时间的三分之四至4倍之间。

【技术特征摘要】
1.一种纹波电流产生电路，其特征在于：包含一输入电源、一开关电路、一电感、一电容；所述开关电路、电感和电容串联后形成串联电路，串联电路的两端连接到输入电源Vin的两端，所述电感和电容的谐振周期为开关电路开通时间的三分之四至4倍之间。2.根据权利要求1所述的纹波电流产生电路，其特征在于：还包括单向导通电路，所述单向导通电路连接在所述串联电路的任意两个元器件之间，单向导通电路的连接方向要能使电流从输入电压Vin正流向输入电源Vin负，阻止电流从输入电源Vin负流向输入电源Vin正。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾宇锋，蔡嘉齐，聂燊，
申请(专利权)人：广州金升阳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44