测量电解电容和ESR的简易装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种测量电解电容和ESR的简易装置，包括正弦波发生器、直流电源、待测电容、四个参数已知的功率负载高频无感电阻、采样电路、触发电路和数字信号处理器DSP。正弦波发生装置产生的正弦波加上直流偏置后接入待测电容和功率负载电阻的串联电路中。通过调节正弦波发生电路的参数可以得到一定幅值下的100Hz和100kHz的正弦波信号，首先通过测量负载电阻上的某一时刻电压值来进行功率负载电阻的切换，接着通过测量负载电阻上的某两时刻电压值即可计算得到电容在100Hz下的电容值和100kHz下的等效串联电阻值ESR。

A simple device for measuring electrolytic capacitance and ESR

The invention provides a simple device for measuring electrolytic capacitance and ESR, which comprises a sine wave generator, a DC power supply, a capacitance to be measured, a high-frequency non inductive resistance of four power loads with known parameters, a sampling circuit, a triggering circuit and a digital signal processor DSP. The sine wave generated by the sine wave generator plus the DC bias is connected to the series circuit of the capacitance to be measured and the power load resistance. The sine wave signal of 100Hz and 100kHz can be obtained by adjusting the parameters of the sine wave generating circuit. Firstly, the power load resistance is switched by measuring the voltage value at a certain time on the load resistance, then the capacitance value at 100Hz and the equivalent series resistance value ESR at 100kHz can be calculated by measuring the voltage value at a certain time on the load resistance.

【技术实现步骤摘要】
测量电解电容和ESR的简易装置
本专利技术涉及一种电能变换装置中的测量技术，特别是一种测量电解电容和ESR的简易装置。
技术介绍
近年来，电力电子技术的发展十分迅速。随着理论与技术的不断完善，其应用也愈发广泛。它广泛的应用于工业、交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、空调等家用电器及其他领域也有着广泛的应用。电力电子系统及设备的应用正影响着人们生活的方方面面。同时，伴随着电力电子系统及设备的广泛应用，其可靠性也开始受到越来越多的关注。铝电解电容具有电容值大、耐压高、成本低的特点。因而，常以储能元件被广泛地应用于各种电力电子系统中。但是，铝电解电容又是电力电子系统中最易发生失效进而导致系统故障的元器件。研究表明，与电力电子设备或系统中的其他元器件相比，由于铝电解电容失效进而造成的电路工作故障的概率超过60％。作为影响电力电子系统使用寿命和性能的关键元器件，铝电解电容的性能和寿命的检测是十分有必要的。通过对铝电解电容的性能参数的检测，可以在电路故障发生之前及时更换电容。由此，可以减少电路故障的发生，延长系统的使用寿命。铝电解电容有两个重要的性能参数，即等效串联电阻(EquivalentSeriesResistance,ESR)和电容值(Capacitance,C)。通常情况下，电容制造商会提供铝电解电容在100kHz时的等效串联电阻ESR和100Hz时的电容值C的初始值。采用某种测量手段得到ESR和C的值之后，利用铝电解电容的失效判据和寿命模型，比较这两个参数的测量值与初始值的变化量就可以对电容的寿命进行预估以及判断电容是否失效。因此本专利技术提出了一种测量电解电容C和ESR的简易装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种测量电解电容和ESR的简易装置。实现本专利技术目的的技术方案为：一种测量电解电容和ESR的简易装置，包括正弦波发生器、直流电压源、待测电容、功率负载电阻、采样电路、触发电路和数字信号处理器DSP；所述的正弦波产生电路包括第一运算放大器A1、正反馈网络的第一电容C1和第一电阻R1、负反馈网络的反馈电阻Rf、第二电容C2、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一稳压二极管DZ1、第二稳压二极管DZ2，其中正反馈网络中的第一电容C1和第一电阻R1分别以串并联的方式进行连接同时兼做选频网络，第二电容C2和电阻R5串联时一端连接运算放大器A1的正向输入端且另一端连接放大器的输出端，第一电容C1和电阻R1并联时一端连接运算放大器A1的正向输入端且另一端连接零电位参考点，负反馈网络中R2的一端与运算放大器A1的负向输入端连接且另一端连接参考电位零点，反馈电阻Rf的一端与运算放大器A1的负向输入端连接且另一端连接第三电阻R3，第四电阻R4、第一稳压二极管DZ1、第二稳压二极管DZ2并联连接构成负反馈网络中的稳幅环节且一端和第三电阻R3连接且另一端和运算放大器A1的输出端连接；所述的直流电压源的正向端与待测电解电容的正极连接，负向端与A1输出端连接，所述的待测电容包括电容Cm及其等效串联电阻ESR，其中电容Cm和等效串联电阻ESR串联后一端与直流电压源的正向端连接；所述的功率负载电阻包括若干阻值不同的电阻且每一电阻一端设置端点通过开关与选频网络连接且每一电阻另一端与等效串联电阻ESR另一端连接；采样电路包括第二放大器A2、第一比较器comp1，等效串联电阻ESR上的电压送入第二运算放大器A2组成的放大电路，第二运算放大器A2的输出端与第一比较器comp1的同相输入端相连，第一比较器comp1的输出在通过一个电阻R14和电容C3并联的组合接地且经过由D2和D3组成的限幅电路送进DSP；触发电路包括第三运算放大器A3、第四运算放大器A4、第五运算放大器A5，一个乘法器Multiplier和第二比较器comp2、第三比较器comp3、第四比较器comp4，正弦波产生电路产生的输入电压vin送入第三运算放大器A3，第三运算放大器A3的输出端与第二比较器comp2的同相输入端相连，第二比较器comp2的反相输入端经第十八电阻R18接地且输出端与第一D触发器的CLK引脚相连，第三运算放大器A3的输出端还连接乘法器Multiplier的两个输入端，乘法器Multiplier的输出端通过第四电容C4和第十九电阻R19组成的滤波网络与第四运算放大器A4的同相输入端相连，第四运算放大器A4的输出端与第三比较器comp3的同相输入端相连，第三比较器comp3的反相输入端经第二十电阻R20接地且输出端与第二D触发器的CLK引脚相连，第四运算放大器A4的输出还要送入第五运算放大器A5，第五运算放大器A5的输出再与第四比较器comp4的同相输入端相连，第四比较器comp4的反相输入端经第二十三电阻R23接地且输出端与第三D触发器的CLK引脚相连，第一D触发器、第二D触发器、第三D触发器输出送进DSP。进一步地，功率负载电阻包括阻值为0.1Ω的第六电阻R6，阻值为1Ω的第七电阻R7，阻值为10Ω的第八电阻R8，阻值100Ω的第九电阻R9。与现有技术相比，本专利技术的显著优点为：(1)可准确测量电容的ESR和C值；(2)电路结构简单；(3)成本低。下面结合说明书附图对本专利技术作进一步描述。附图说明图1是电容测量装置的电路结构图。图2是电容测量装置的主电路简化示意图。图3是不同阻值情况下采样电压随电解电容的电容值变化曲线示意图。图4是采样电压随ESR和R的变化曲线示意图。图5是低频时Ts/4时刻采样电压随电容值变化情况示意图。图6是高频时Ts/4时刻采样电压随ESR变化情况示意图。图7是离线测量方案软件设计流程示意图。具体实施方式一定频率和幅值正弦波的关键是RC串并联选频网络，其频率特性如下：其中，是选频的输出电压，是选频的输出电压。整理后，可得：令可得：将式(3)代入式(2)，可得：幅频特性为：相频特性为：即当f＝f0时，输出的电压幅值最大，并且输出电压是输入电压的1/3，同时输出电压与输出电压相同。该RC串并联选频网络，通过改变R、C的取值，可得到100Hz和100kHz频率下的信号。同时，还要为RC串并联选频网络匹配一个电压放大倍数等于3(即输入电压与输出电压相同且放大倍数的值为3)的放大电路即可构成正弦波振荡电路，放大倍数可以通过调节滑动变阻器Rf的值来实现，放大倍数的表达式为：为了便于分析，将正弦波发生电路简化为正弦波信号，得到电容测量装置的简化示意图，如图2所示，根据测量电路写出电路达到稳态之后的KVL方程：在上述方程中，Vc为铝电解电容的初始值；i(t)为测量电路中流过的电流；R为采样电阻；ESR为铝电解电容的等效串联电阻；C为铝电解电容的纯电容部分；Vm为激励信号幅值。对式(8)进行求导之后可得：对式(9)进行拉普拉斯变换之后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量电解电容和ESR的简易装置，其特征在于，包括正弦波发生器(1)、直流电压源(2)、待测电容(3)、功率负载电阻(4)、采样电路(5)、触发电路(6)和数字信号处理器DSP；其中/n所述的正弦波产生电路(1)包括第一运算放大器A

【技术特征摘要】
1.一种测量电解电容和ESR的简易装置，其特征在于，包括正弦波发生器(1)、直流电压源(2)、待测电容(3)、功率负载电阻(4)、采样电路(5)、触发电路(6)和数字信号处理器DSP；其中
所述的正弦波产生电路(1)包括第一运算放大器A1、正反馈网络的第一电容C1和第一电阻R1、负反馈网络的反馈电阻Rf、第二电容C2、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一稳压二极管DZ1、第二稳压二极管DZ2，其中
正反馈网络中的第一电容C1和第一电阻R1分别以串并联的方式进行连接同时兼做选频网络，
第二电容C2和电阻R5串联时一端连接运算放大器A1的正向输入端且另一端连接放大器的输出端，
第一电容C1和电阻R1并联时一端连接运算放大器A1的正向输入端且另一端连接零电位参考点，
负反馈网络中R2的一端与运算放大器A1的负向输入端连接且另一端连接参考电位零点，
反馈电阻Rf的一端与运算放大器A1的负向输入端连接且另一端连接第三电阻R3，
第四电阻R4、第一稳压二极管DZ1、第二稳压二极管DZ2并联连接构成负反馈网络中的稳幅环节且一端和第三电阻R3连接且另一端和运算放大器A1的输出端连接；
所述的流电压源(2)的正向端与待测电解电容(3)的正极连接，负向端与A1输出端连接，
所述的待测电容(3)包括电容Cm及其等效串联电阻ESR，其中电容Cm和等效串联电阻ESR串联后一端与直流电压源的正向端连接；
所述的功率负载电阻(4)包括若干阻值不同的电阻且每一电阻一端设置端点通过开关与选频网络连接且每一电阻另一端与等效串联电阻ESR另一端连接；
采样电路(5)包括第二放大器A2、第一比较器comp1，
等效串联电阻ESR上的电压送入第二运算放大器A...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈杰楠，姚凯，杨坚，马春伟，张震，邬程健，管婵波，李凌格，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32