一种高压大容量电容器快速放电技术制造技术

本发明专利技术公开了一种高压大容量电容器快速放电技术，包括高压继电器单元、放电电阻单元、高压MOS/IGBT开关单元、高压分压电阻和电压采样单元、非线性电压信号变换单元、三角波产生单元、PWM控制单元和放电启动单元，高压分压电阻连连接电压采样单元并输出信号进入电压非线性变换单元，非线性变换单元包括运算放大器和二极管产生PWM恒功率控制的参考信号，三角波产生单元包括运算放大器、电阻器件和电容器件，PWM控制单元包括比较器和运算放大器，高压MOS/IGBT开关单元包括串联的MOS/IGBT和TVS管及电容。本发明专利技术的放电技术安全可控，放电电流自适应可调，特别适用于高压大容量薄膜电容器和电解电容器，在大容量高电压放电场合具有显著的优势。

A rapid discharge technology of high voltage and large capacity capacitor

【技术实现步骤摘要】
一种高压大容量电容器快速放电技术
本专利技术涉及电容器放电
，其具体涉及一种高压大容量电容器快速放电技术。
技术介绍
电容器测试过程中，电容器的充电和放电是整个测试过程的关键环节，特别是高压大容量电容器的放电，是长期困扰设计及生产测试人员的技术难点所在，制约着电容器的测试效率。高压大容量电容器的放电，要求放电模块具有高耐压、高功率、良好的散热。目前在电容器测试过程中，通常利用高压产生电路变压器绕组或者大功率电阻进行放电。利用变压器绕组进行放电，放电瞬间冲击电流大，长时间放电会使变压器发热烧毁；利用电阻放电，放电时间取决于放电时间常数，特别对于高压大容量电容器的放电，放电电阻需要具备高耐压、大功率、高阻值的特性，放电时间常数就会很大，放电时间就会很漫长，放电效率很低。采用基于上面两种放电方法，放电瞬间电容器放电电流都很大，而且是不可控的，对电容器介质容易造成损伤，这是不允许的；如果把放电电阻加大，会带来放电时间更长的代价，采用多个电阻切换的方式，可以部分解决放电时间长的问题，在某些情况下行之有效，但并不能克服本身具有的技术局限性。近些年高压大功率器件快速发展，采用有源功率器件进行放电，是一个行之有效的方法，但由于受器件耐压及工艺的限制，在高电压、大容量电容器的放电方面难以获得理想的应用。将高压MOS功率管或IGBT管串联组成高压开关，通过调整放电占空比的方式控制放电电阻的接通和断开，依据恒功率放电的设计思想，调整不同电压下的放电电流，从而实现PWM恒功率放电。基于本专利技术的电容器放电技术，与传统电容器放电技术相比，结合了有源功率器件和无缘功率器件以及PWM占空比控制的设计思想，不仅使放电时间缩短、放电功率恒定，且在高电压、大容量电容器的放电方面，充分利用了功率器件的电气性能，是一种安全的、智能化的放电技术，使电容器放电的效率和可靠性大为提高。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种利用高压半导体串联开关技术和PWM占空比控制技术实现恒功率放电的方法，解决了上述
技术介绍
问题。为解决上述问题，本专利技术所采取的技术方案如下：一种高压大容量电容器快速放电技术，采用PWM恒功率放电原理，包括依次连接的高压继电器单元、放电电阻单元、高压MOS/IGBT开关单元、高压分压电阻和电压采样单元、非线性电压信号变换单元、三角波产生单元、PWM控制单元和放电启动单元，所述高压分压电阻连连接电压采样单元并输出信号进入电压非线性变换单元，所述非线性变换单元包括运算放大器和二极管产生PWM恒功率控制的参考信号，所述三角波产生单元包括运算放大器、电阻器件和电容器件，所述PWM控制单元包括比较器和运算放大器并根据PWM恒功率参考信号和三角波信号产生PWM控制信号输入到高压开关单元，所述高压MOS/IGBT开关单元包括串联的MOS/IGBT和TVS管以及电容并用于导通或关断放电电阻回路。作为上述技术方案的改进，所述高压大容量电容器快速放电技术还包括快速放电方法，所述快速放电方法如下：S1：放电启动电路驱动高压继电器(HVRELAY)动作，继电器触点闭合额定电压加到放电电阻高端；S2：分压电阻上电压输入到电压采样单元，电压采样信号输入到非线性变换单元；S3：非线性变换单元将输入的电压信号参照于额定电压进行信号处理，产生与电压对应的电流控制信号；S4：电流控制信号与三角波产生电路输出的三角波信号进行比较，输出PWM控制信号到高压开关；S5：PWM脉冲信号低电平时，串联的高压功率管栅极电容处于充电状态，功率管处于截止状态，高压开关断开；PWM脉冲信号高电平时，串联的高压功率管栅极电容处于放电状态，功率管处于导通状态，高压开关闭合；当高压开关闭合时，外部电容器通过放电电阻进行放电；当高压开关断开时，外部电容器停止放电；S6：随着电容器上电压的降低，经过非线性电路处理转换得到的电流控制信号，使PWM信号占空比逐渐增大，高压开关闭合时间逐渐加长，断开时间逐渐缩短，电容器电压逐渐降低，直到达到安全电压值；S7：放电启动电路使高压继电器(HVRELAY)触点断开，电容器高压端回路与放电模块电路断开，放电结束。作为上述技术方案的改进，所述串联MOS/IGBT半导体开关包括：多级串联的MOS/IGBT、均压电阻、限压TVS管以及栅极驱动电容，实现串联开关管的导通或截止以及同步动作和动态均压；所述串联MOS/IGBT半导体开关是通过栅极电容充电和放电来促使功率管开关截止和导通，通过下管栅极开关动作，使串联的功率管依次导通或截止，实现高压开关控制。本专利技术与现有技术相比较，本专利技术的实施效果如下：(1)与传统的高压大容量电容器放电方法相比较，本专利技术所述的放电技术安全可控，放电电流自适应可调。(2)充分挖掘了功率器件的本身功率特性，最大限度地提高了放电的效率。(3)特别适用于高压大容量薄膜电容器和电解电容器，在大容量高电压放电场合具有显著的优势。附图说明图1为本专利技术所述高压大容量电容器放电系统架构图；图2为本专利技术所述高压大容量电容器放电电路原理图。具体实施方式下面将结合具体的实施例来说明本专利技术的内容。本专利技术所述的高压大容量电容器快速放电技术，包括依次连接的高压继电器单元、放电电阻单元、高压MOS/IGBT开关单元、高压分压电阻和电压采样单元、非线性变换单元、三角波产生单元、PWM控制单元。所述高压大容量电容器快速放电技术包括：高压继电器连接到外部电容器电压高端和放电电阻之间，所述高压半导体串联开关连接于放电电阻和外部电容器电压低端；所述高压分压电阻连接于外部电容器电压高端和电压低端，电压取样信号连接到电压采样单元，然后连接到非线性变换单元；所述非线性变换单元包括运算放大器和二极管电路产生PWM恒功率控制的参考信号；所述三角波产生单元包括运算放大器、电阻器件和电容器件；所述PWM控制单元包括比较器和运算放大器，根据PWM恒功率参考信号和三角波信号产生PWM控制信号，输入到高压开关单元；所述高压MOS/IGBT开关单元包括串联的MOS/IGBT和TVS管以及电容，用于导通或关断放电电阻回路。所述高压大容量电容器快速放电技术工作原理：是利用电阻分压器和电压采样单元实时采样电压信号，根据放电功率公式P＝U2/R，设初始电压为U0,此时初始电流为I0＝U0/R，此时放电功率P0＝U02/R＝U0×I0，设此时放电占空比时间为T0；当电压下降到初始电压的一半时，放电电压U＝1/2U0，放电电流I＝1/2I0，根据公式得到P＝1/4(U02/R)＝1/4(U0/I0)，即此时的放电功率为初始放电功率的四分之一；要想保持放电功率恒定，必须在电压下降一半时，将放电占空比时间调整为初始电压值时的四倍，即T＝4T0，即I＝4I0。以此类推，在电容器放电过程中，电流增长比例与电压下降比例之间满足平方的对应关系。为实现这个功能，所述非线性单元电路即实现对电压采样信号非线性处理。在放电过程中，PWM占空比控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压大容量电容器快速放电技术，其特征在于：采用PWM恒功率放电原理，包括依次连接的高压继电器单元、放电电阻单元、高压MOS/IGBT开关单元、高压分压电阻和电压采样单元、非线性电压信号变换单元、三角波产生单元、PWM控制单元和放电启动单元，所述高压分压电阻连接电压采样单元并输出信号进入电压非线性变换单元，所述非线性变换单元包括运算放大器和二极管产生PWM恒功率控制的参考信号，所述三角波产生单元包括运算放大器、电阻器件和电容器件，所述PWM控制单元包括比较器和运算放大器并根据PWM恒功率参考信号和三角波信号产生PWM控制信号输入到高压开关单元，所述高压MOS/IGBT开关单元包括串联的MOS/IGBT和TVS管及电容并用于导通或关断放电电阻回路。/n

【技术特征摘要】
1.一种高压大容量电容器快速放电技术，其特征在于：采用PWM恒功率放电原理，包括依次连接的高压继电器单元、放电电阻单元、高压MOS/IGBT开关单元、高压分压电阻和电压采样单元、非线性电压信号变换单元、三角波产生单元、PWM控制单元和放电启动单元，所述高压分压电阻连接电压采样单元并输出信号进入电压非线性变换单元，所述非线性变换单元包括运算放大器和二极管产生PWM恒功率控制的参考信号，所述三角波产生单元包括运算放大器、电阻器件和电容器件，所述PWM控制单元包括比较器和运算放大器并根据PWM恒功率参考信号和三角波信号产生PWM控制信号输入到高压开关单元，所述高压MOS/IGBT开关单元包括串联的MOS/IGBT和TVS管及电容并用于导通或关断放电电阻回路。


2.根据权利要求1所述高压大容量电容器快速放电技术，其特征在于：所述高压大容量电容器快速放电技术还包括快速放电方法，所述快速放电方法如下：
S1：放电启动电路驱动高压继电器(HVRELAY)动作，继电器触点闭合额定电压加到放电电阻高端；
S2：分压电阻上电压输入到电压采样单元，电压采样信号输入到非线性变换单元；
S3：非线性变换单元将输入的电压信号参照于额定电压进行信号处理，产生与电压对应的电流控制信...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵喜德，朱邦文，
申请(专利权)人：南京长盛仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32