一種紋波電流產(chǎn)生方法與電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高頻紋波電流的產(chǎn)生，特別涉及用于測(cè)試電解電容的高頻紋波電流的 產(chǎn)生。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，開關(guān)電源應(yīng)用很多，對(duì)于輸入功率在75W以下，對(duì)功率因素（PF，Power Factor，也稱功率因數(shù)）不作要求的場(chǎng)合，反激式（Fly-back)開關(guān)電源具有迷人的優(yōu)勢(shì)： 電路拓?fù)浜?jiǎn)單，輸入電壓范圍寬。反激式開關(guān)電源由于元件少，電路的可靠性相對(duì)就高， 所以應(yīng)用很廣，為了方便，很多文獻(xiàn)簡(jiǎn)稱為反激開關(guān)電源。常見的拓?fù)淙鐖D1所示，該圖 原型來(lái)自張興柱博士所著的書號(hào)為ISBN978-7-5083-9015-4的《開關(guān)電源功率變換器拓 撲與設(shè)計(jì)》第60頁(yè)，該書在本文中簡(jiǎn)稱為：參考文獻(xiàn)一。由整流橋101、濾波電路200、以 及基本反激拓?fù)鋯卧娐?00組成，實(shí)用的電路在整流橋前還加有EMI (Electromagnetic Interference)等保護(hù)電路，以確保反激開關(guān)電源的電磁兼容性達(dá)到使用要求。
[0003] 濾波電路200 -般由電解電容CL構(gòu)成，隨著工業(yè)領(lǐng)域中智能化系統(tǒng)的推廣，小功 率反激式開關(guān)電源向各個(gè)領(lǐng)域滲透，而其不足之處也隨之體現(xiàn)出來(lái)，因?yàn)槭褂昧穗娊怆娙?CL，而該電解電容的特性也因此限制了圖1反激式開關(guān)電源的用途，眾所周知，電容CL經(jīng)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°C。即 在-40°C的環(huán)境下，如東北三省、新彊、以及高煒度的國(guó)家與地區(qū)，小功率反激式開關(guān)電源的 使用變得棘手，當(dāng)然，可以使用如CBB這種CBB薄膜電容來(lái)濾波，但體積過(guò)大，且成本過(guò)高。
[0004] 設(shè)計(jì)一個(gè)開關(guān)電源時(shí)，經(jīng)常面臨該電解電容的壽命問(wèn)題，而它的壽命一般由耐 壓、等效串聯(lián)電阻（ESR，是Equivalent Series Resistance的縮寫）、紋波電流（Ripple current)、損耗角（tg δ)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(biāo)準(zhǔn)頻率（一般為1〇〇Ηζ-120Ηζ)的正弦波絕對(duì)值。
[0005] 電解電容在使用時(shí)，出現(xiàn)特殊的紋波電流，充電時(shí)，為交流電達(dá)到接近電壓峰值時(shí) 產(chǎn)生的充電電流，這在授權(quán)公告號(hào)CN102594175B的說(shuō)明書0008段中有充分的說(shuō)明；充電的 電流頻率為交流電的頻率的兩倍，為低頻脈動(dòng)直流電；而在放電時(shí)，是高頻紋波電流，基本 上為反激式開關(guān)電源的功率級(jí)的激磁電流，若是電流斷續(xù)模式，波形為三角波。上述的《開 關(guān)電源功率變換器拓?fù)渑c設(shè)計(jì)》第162頁(yè)的圖10-9 (b)有展現(xiàn)，由于為公知技術(shù)，這里不再 用圖形展示。
[0006] 即，電解電容在反激式開關(guān)電源中作為輸入整流濾波電容使用時(shí)，其紋波電流是： 充電為低頻脈動(dòng)直流電流，放電為高頻紋波電流放電。
[0007] 由于目前沒(méi)有有效的測(cè)試方法、儀器來(lái)管控或驗(yàn)證電解電容額定紋波電流，所以 很多反激式開關(guān)電源達(dá)不到使用壽命，比如，標(biāo)稱為450BXC47MEFC18X25的進(jìn)口電解電 容，標(biāo)稱耐壓450V，紋波電流為1200mA，105°C壽命為12000小時(shí)的電解電容，應(yīng)用于15W輸 出的反激式開關(guān)電源上，效率為85 %，工作電壓220VAC，實(shí)測(cè)紋波電流為59mA，在高溫85°C 環(huán)境下，結(jié)果僅工作93天，即2230小時(shí)，該電解電容就已經(jīng)失效。更換該電解電容及相關(guān) 損壞器件后，開關(guān)電源仍可正常工作。
[0008] 即使在其它的應(yīng)用場(chǎng)合，如帶有PFC功能的大功率開關(guān)電源，先由BOOST電路升至 380V，對(duì)電解電容充電，得到較為平滑的直流電，再對(duì)雙管正激或LLC變換器供電，同樣，對(duì) 該電解電容的紋波電流的管控、了解，有助于掌握產(chǎn)品的預(yù)期設(shè)計(jì)壽命。
[0009] 由于目前沒(méi)有有效的測(cè)試方法、儀器來(lái)管控電解電容額定紋波電流，大部分設(shè)計(jì) 人員都是把電解電容裝入開關(guān)電源的工作位置，實(shí)際測(cè)試其壽命，每測(cè)一只電解電容，就要 浪費(fèi)一只開關(guān)電源，當(dāng)電容壽命接近終了時(shí)，容易損壞開關(guān)電源，進(jìn)一步引起成本上升。如 上述的450BXC47MEFC18X25, 一般用于15W輸出的反激式開關(guān)電源上。但在測(cè)試或老化時(shí)， 比如在311V的直流下，紋波電流達(dá)額定紋波電流1200mA，那么開關(guān)電源的消耗功率就要達(dá) 到3IlVX I. 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(yè)界 的做法是，把這48V，再逆變?yōu)?20VAC返回市電，但效率為90 %左右，綜合效率在81 %左右， 接線復(fù)雜，使用極不方便。為了縮短試驗(yàn)時(shí)間，一般都是放到恒溫箱內(nèi)高溫條件下測(cè)試，這 種把電解電容裝入開關(guān)電源的方法，占用空間大，接線也很復(fù)雜，且出現(xiàn)失效時(shí)，由于開關(guān) 電源也在高溫環(huán)境下，無(wú)法區(qū)分是誰(shuí)導(dǎo)致了失效。而且，更改一種型號(hào)的電解電容，就要重 新尋找對(duì)應(yīng)的開關(guān)電源來(lái)對(duì)應(yīng)，使用極不方便。
[0010] 現(xiàn)有方法有很多不足之處：成本高、耗能很大、接線復(fù)雜、體積大、使用極不方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 有鑒于此，本發(fā)明要解決現(xiàn)有的紋波電流產(chǎn)生方法與電路的不足，提供一種紋波 電流產(chǎn)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(jiǎn)單、使用方便的特 點(diǎn)。
[0012] 本發(fā)明提供的一種紋波電流產(chǎn)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(chǎng)效應(yīng)管，一脈寬調(diào)制控制電路，以及連接被測(cè)電容兩只引腳 的輸出端子，包括正端子與負(fù)端子，所述第二電感存在一個(gè)帶有氣隙的磁芯，所述的直流電 源的輸出有正極和負(fù)極，按下述方法連接成紋波電流產(chǎn)生電路：
[0013] 被測(cè)電容的輸出端子和電感串聯(lián)后與直流電源并聯(lián)；
[0014] 兩只場(chǎng)效應(yīng)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(diǎn)同時(shí)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(diǎn)同時(shí)連接第一二極管的陽(yáng)極；下管的源極連接負(fù)端子；
[0015] 第一二極管的陰極連接正端子，第二二極管的陽(yáng)極連接負(fù)端子；
[0016] 脈寬調(diào)制控制電路內(nèi)部包括隔離驅(qū)動(dòng)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩只場(chǎng)效應(yīng)管，兩只場(chǎng)效應(yīng)管同 步地工作，工作在開關(guān)狀態(tài)，脈寬調(diào)制控制電路的最大占空比小于0. 5 ;
[0017] 且連接要保證以下工作過(guò)程：場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)，被測(cè)電容的端電壓，通過(guò)被測(cè)電容 的輸出端子和已完全導(dǎo)通的兩只場(chǎng)效應(yīng)管對(duì)第二電感激磁，在兩只場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通過(guò)程中， 第一、第二二極管不導(dǎo)通；
[0018] 繼而兩只場(chǎng)效應(yīng)管同步截止時(shí)，第二電感的續(xù)流電流通過(guò)第一、第二二極管、被測(cè) 電容的輸出端子向被測(cè)電容充電，第一、第二二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)；
[0019] 調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制控制電路的輸出占空比，使得被測(cè)電容中獲得不同的高頻紋波電 流。
[0020] 上述的方法，稱為方法一，可以讓被測(cè)電容的充電與放電，都獲得高頻紋波電流， 若讓被測(cè)電容獲得低頻充電電流，高頻的放電紋波電流，那么，本發(fā)明提供了方法二：
[0021 ] 本發(fā)明提供的另外一種紋波電流產(chǎn)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(chǎng)效應(yīng)管，一脈寬調(diào)制控制電路，以及連接被測(cè)電容 兩只引腳的輸出端子，包括正端子與負(fù)端子，所述第二電感存在一個(gè)帶有氣隙的磁芯，所述 的直流電源的輸出有正極和負(fù)極，按下述方法連接成紋波電流產(chǎn)生電路：
[0022] 所述的直流電源和電容并聯(lián)，被測(cè)電容的輸出端子和電感串聯(lián)后與電容并聯(lián)；
[0023] 兩只場(chǎng)效應(yīng)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(diǎn)同時(shí)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(diǎn)同時(shí)連接第一二極管的陽(yáng)極；下管的源極連接負(fù)端子；
[0024] 第一二極管的陰極連接正極，第二二極管的陽(yáng)極連接負(fù)極；
[0025] 脈寬調(diào)制控制電路內(nèi)部包括隔離驅(qū)動(dòng)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩只場(chǎng)效應(yīng)管，兩只場(chǎng)效應(yīng)管同 步地工作，工作在開關(guān)狀態(tài)，脈寬調(diào)制控制電路的最大占空比小于0. 5 ;
[0026] 且連接要保證以下工作過(guò)程：場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)，被測(cè)電容的端電壓，通過(guò)被測(cè)電容 的輸出端子和已完全導(dǎo)通的兩只場(chǎng)效應(yīng)管對(duì)第二電感