CN103743965A - 一种铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置 - Google Patents

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本发明涉及一种铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置，与上位机通信连接，包括多路分流式电流取样单元，用于采集待老化电解电容器的电流信号；信号处理单元，用于对多路分流式电流取样单元采集得到的电流信号进行放大处理，输出电压信号；多路并行A/D转换电路，用于将信号处理单元输出的电压信号转换成数字量，所述数字量表示流过被测电容器电流的大小；以及微处理器，用于向多路分流式电流取样单元、信号处理单元以及多路并行A/D转换电路发送控制信号。有益效果为：既可用于少量电容例行试验，也可以用于大批量电容器的集中老化，不仅电路简单，成本低廉，易于实现，而且结合上位机平台的软件具有自动判别、数据记录、声光报警提示等功能。

Description

一种铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置
技术领域
本发明涉及电解电容器老化，尤其涉及一种铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置。
背景技术
铝电解电容器的老化是生产过程中的重要工序之一，其目的是修补氧化膜并剔除不良品。在高压或大容量铝电解电容器老化时，传统的方法是将每个电容器与一限流电阻串联后接在直流稳压电源两端，然后在过压、常温和高温条件下分别对电容器进行长时间充电老化。这种方法存在诸多弊端：（1）老化前需要操作人员逐一检查每个电容器是否短路或极性反接，自动化程度低、过于依赖操作人员的操作经验和熟练程度，不仅费时费力，而且可靠性也很差；（2）批量老化时，许多电容器均采用同一台直流稳压电源，若某个电容器短路、极性接反或漏电流过大，将导致电源电压不能正常上升，则所有的电容器均不能正常充电老化，只有在操作人员主动发现并排除问题电容器后，老化才能继续进行，影响老化效率；（3）如果出现线路连接故障或电容器夹具接触不可靠，导致某电容充电支路开路，则该电容器不能正常老化，若在后续漏电流测量时漏检该电容器，则会产生十分严重的产品质量问题；（4）由于缺少监控和报警手段，在老化过程中几乎不可避免的会出现少量电容器因内部缺陷而引起的爆炸现象，同时会影响其它电容器的正常老化，增加生产成本；（5）采用传统的老化方法，在过压、常温或高温老化过程中，每个电容器老化电流的大小和变化情况均是未知数，不利于老化工艺的完善、产品质量的提升和新产品的开发。
对于铝电解电容老化的监测，现有的技术中往往采用在电容器回路中串接LED和热敏电阻，以判定老化电流并对过大的电流进行“断路”保护，例如专利号201120360038.1，名称为一种铝电解电容老化监测装置，在每个电容器回路中串联一个发光LED，通过LED的点亮或熄灭状态，定性判别被老化电容器中电流的大与小，同时在电容器回路中串联一热敏电阻，当电容器电流过大时起“断路”保护作用，并以发光LED熄灭状态指示。由于在老化的最后阶段，绝大部分电容器中的电流均很小，不足以驱动发光LED点亮，因此该专利所涉及的方法和可实现的功能均有一定的局限性。
发明内容
本发明目的在于克服以上现有技术之不足，提供一种铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置，具体有以下技术方案实现：
所述铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置，与上位机通信连接，包括
多路分流式电流取样单元，用于采集多个待老化电解电容器的电流信号； 
信号处理单元，用于对多路分流式电流取样单元采集得到的电流信号进行放大处理，输出电压信号；
多路并行A/D转换电路，用于将信号处理单元输出的电压信号转换成数字量，所述数字量表示流过被测电容器电流的大小；
以及微处理器，用于向多路分流式电流取样单元、信号处理单元以及多路并行A/D转换电路发送控制信号。
所述铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置的进一步设计在于，所述多路分流式电流取样单元包括通道选择电路以及若干单路分流式电流取样电路，所述通道选择电路与所述单路分流式电流取样电路通信连接。
所述铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置的进一步设计在于，所述若干单路分流式电流取样电路按三维矩阵分布，所述三维矩阵包括若干个组，所述组内包括若干通道，所述通道内包括若干相互独立的单路分流式电流取样电路，每一单路分流式电流取样电路与该通道对应端通信连接。
所述铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置的进一步设计在于，所述单路分流式电流取样电路包括一电阻以及与该电阻串接的电子开关，一待老化电解电容器的负极性端连接在电子开关的一端。
所述铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置的进一步设计在于，所述通道选择电路包括组选择电路和若干组内通道选择电路，所述组选择电路输出端分别对应连接组内通道选择电路的输入端，所述组内通道选择电路的输出端分别与所述通道内对应的单路分流式电流取样电路通信连接。
所述铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置的进一步设计在于，所述单路分流式电流取样电路还包括一保护支路，用于在充电电流或放电电流过大时起到分流和限压作用，所述保护支路包括两二极管和一分压电阻，所述两二极管反向并接于所述分压电阻的两端，所述分压电阻的一端连接待老化电解电容器的负极性端，另一端接地。
所述铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置的进一步设计在于，其特征在于所述信号处理单元包括I/V变换电路与量程切换电路，所述I/V变换电路与量程切换电路通信连接。
所述铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置的进一步设计在于，所述信号处理单元的数量与每个组内的通道数量相对应。
所述铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置的进一步设计在于，所述I/V变换电路包括第一运放与第二运放，所述第一运放的输出端与第二运放的反向输入端相连接，所述第一运放的输入端与所述组内通道选择电路通信连接，第二运放的输出端与多路并行A/D转换电路相连接。
所述铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置的进一步设计在于，所述量程切换电路包括两微调电位器、双向继电器以及驱动三极管，所述两微调电位器的滑动调节端与双向继电器通信连接，另一端分别连接所述第一运放的反向输入端，所述驱动三极管的集电极与双向继电器通信连接，基极连接所述微处理器，发射极接地。
本发明的优点如下：
本发明提供的铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置，既可用于少量电容例行试验，也可以用于大批量电容器的集中老化，不仅电路简单，成本低廉，易于实现，而且结合上位机平台的软件具有自动判别、数据记录、声光报警提示等功能。
附图说明
图1为单路分流式电流取样电路原理图。
图2为单组电流取样矩阵电路原理图。
图3为三维电流取样矩阵结构示意图。
图4为组选择电路。
图5为组内通道选择电路。
图6为微处理器的电路图。
图7为单路I/V变换及量程切换电路原理图。
图8为RS232串口电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明方案进行详细说明。
本实施例提供的铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置与上位机通信连接并包括：多路分流式电流取样单元、信号处理单元、多路并行A/D转换电路以及微处理器。
其中，多路分流式电流取样单元，用于采集待老化电解电容器的电流信号；信号处理单元，用于对多路分流式电流取样单元采集得到的电流信号进行放大处理，输出电压信号；多路并行A/D转换电路，用于将信号处理单元输出的电压信号转换成数字量，数字量表示流过被测电容器电流的大小；微处理器，用于向多路分流式电流取样单元、信号处理单元以及多路并行A/D转换电路发送控制信号。
进一步的，多路分流式电流取样单元包括通道选择电路以及若干单路分流式电流取样电路，通道选择电路与单路分流式电流取样电路通信连接。
每个单路分流式电流取样电路分别连接一个待老化电解电容器。而单路分流式电流取样电路可采用电阻和电子开关连接的电路，电子开关、电阻顺次连接于待老化电解电容器的负极性端，如图1。电子开关K与电阻R3串联后，R3的另一端接I/V变换电路的虚地，开关K的另一端与电阻R2的一端即a端相连接，R2的另一端接地。其中R1为限流电阻，C1为待老化电解电容器，+V是老化电源输出电压的正极性端，R1一端接老化电源的正极，另一端接待测电容器C1的正极，C1的负极性端接分流式取样电路的a端；流过电容器C1的电流I 1与分流式电流取样电路的取样电流I 1′之间的关系为I 1′=R2/(R2+R3+R0) I 1。
为了使单路分流式电流取样电路在充电电流或放电电流过大时，对电路起到分流和限压作用，还增设了一保护支路。该保护支路包括两二极管和一分压电阻，两二极管反向并接于分压电阻的两端，分压电阻的一端连接待老化电解电容器的负极性端，另一端接地，可参见图1，二极管D1、D2反向并联在R2的两端，可有效保护电流取样电路和I/V变换电路。
多路分流式电流取样单元中，单路分流式电流取样电路按三维矩阵分布。三维矩阵电路包括若干个组。每个组内包括若干通道，每个通道内包括若干相互独立的单路分流式电流取样电路。即可表示为G*M*N的三维矩阵，本装置可实现G*M*N个电容器的批量监测，G代表分组数，M代表每组中的通道数，N代表每个通道上待监测电解电容器的个数。本实施例采用8*8*10的三维电流采样矩阵电路，如图2、图3所示的一组电流取样矩阵电路的基础上，构建另外7组结构完全相同的8*10电流取样矩阵电路，从而构成一个8*8*10的三维电流采样矩阵电路。
通道选择电路包括组选择电路和8个组内通道选择电路，组选择电路输出端分别对应连接8个组内通道选择电路的输入端，组内通道选择电路的输出端分别与通道内对应的单路分流式电流取样电路通信连接。通道选择的过程是首先从8组中选择相应组，再选择组内8个通道中的某一通道，该通道上的10路采样电流就被选中进入后续处理。如图4，本实施例通过一片74LS138和一片74LS245，配合微处理器来实现。通过向74LS138的A、B、C写入000~111的8组不同控制信号，在74LS245的INH0~INH7分别输出低电平有效的控制信号，把INH0~INH7作为8组采样矩阵的控制信号，可依次选中8组矩阵。第0组矩阵内8组通道依次选中的实现过程，通过10片8路模拟开关CD4051配合微处理器来实现，如图5。10片CD4051的INH端均接图5中的INH0，组内的80路采样电压端子按图示的方式接到CD4051的信号输入端，CD4051的A、B、C端接微处理器，当微处理器依次送入000~111的8组控制信号时，通道0~通道7的10路采样电流依次从CH0~CH9输出，其余7组的工作过程与此类似。
上述的微处理器可选用TI公司的MSP430F2274芯片，如图6，10路输出电压信号分别接到MSP430F2274片内AD转换功能脚A0~A7，A12、A13端口上。
信号处理单元包括I/V变换电路与量程切换电路，I/V变换电路与量程切换电路通信连接，信号处理单元的数量与每个组内的通道数量相对应，请参见图7。I/V变换电路包括第一运放与第二运放，第一运放与第二运放的反向输入端，第一运放的输入端与组内通道选择电路通信连接，第二运放的输出端与多路并行A/D转换电路相连接。量程切换电路包括两微调电位器、双向继电器以及驱动三极管，两微调电位器的滑动调节端与双向继电器通信连接，另一端分别连接第一运放的反向输入端，驱动三极管的集电极与双向继电器通信连接，基极连接微处理器，发射极接地。
如图7， CH0为输入端，取样电流从该端输入，经I/V变换后输出，V2即为输出的电压信号。其中OP01、OP02均为运算放大器，RLY0为干簧管继电器，QD0接收微处理器输出的驱动信号，用于驱动三极管Q0。当QD0为低电平时，干簧管继电器RLY0的1、7脚导通，此时工作在1mA量程；当QD0为高电平时，干簧管继电器RLY0的8、14脚导通，此时工作在10mA量程。图中，I 1′是来自电流取样电路的取样信号，加在I/V变换电路的输入端，运放OP02的输出电压V2即为I/V变换电路的输出信号，其大小为V2= RN·I 1′，式中RN为量程电阻。在微处理器的控制下，通过切换量程电阻R51或R61，可选择1mA量程或10mA量程，对流过电容器的电流进行准确测量。
本发明装置的多路并行A/D转换电路通过RS232串口与上位机通信连接。该A/D转换电路有N路并行A/D转换能力，N为三维矩阵G*M*N的第三维的长度。A/D转换电路可将I/V变换电路的输出电压转换成数字量，其值反映出流过被测电容器电流的大小。如图8所示为串口通信电路。串口通信选用SP3232芯片来实现，SP3232的11、12引脚分别接2274的25、26脚，在微处理器程序的控制下，10路输入电流信号经AD转换后通过串口发送给上位机中的对应软件进行信号处理。

Claims (10)

1.一种铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置，与上位机通信连接，其特征在于包括
多路分流式电流取样单元，用于采集多个待老化电解电容器的电流信号； 
信号处理单元，用于对多路分流式电流取样单元采集得到的电流信号进行放大处理，输出电压信号；
多路并行A/D转换电路，用于将信号处理单元输出的电压信号转换成数字量，所述数字量表示流过被测电容器电流的大小；
以及微处理器，用于向多路分流式电流取样单元、信号处理单元以及多路并行A/D转换电路发送控制信号。
2.根据权利要求1所述的铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置，其特征在于所述多路分流式电流取样单元包括通道选择电路以及若干单路分流式电流取样电路，所述通道选择电路与所述单路分流式电流取样电路通信连接。
3.根据权利要求2所述的铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置，其特征在于所述若干单路分流式电流取样电路按三维矩阵分布，所述三维矩阵包括若干个组，所述组内包括若干通道，所述通道内包括若干相互独立的单路分流式电流取样电路，每一单路分流式电流取样电路与该通道对应端通信连接。
4.根据权利要求3所述的铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置，其特征在于所述单路分流式电流取样电路包括一电阻以及与该电阻串接的电子开关，一待老化电解电容器的负极性端连接在电子开关的一端。
5.根据权利要求4所述的铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置，其特征在于所述通道选择电路包括组选择电路和若干组内通道选择电路，所述组选择电路输出端分别对应连接组内通道选择电路的输入端，所述组内通道选择电路的输出端分别与所述通道内对应的单路分流式电流取样电路通信连接。
6.根据权利要求5所述的铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置，其特征在于所述单路分流式电流取样电路还包括一保护支路，用于在充电电流或放电电流过大时起到分流和限压作用，所述保护支路包括两二极管和一分压电阻，所述两二极管反向并接于所述分压电阻的两端，所述分压电阻的一端连接待老化电解电容器的负极性端，另一端接地。
7.根据权利要求1-6所述的铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置，其特征在于所述信号处理单元包括I/V变换电路与量程切换电路，所述I/V变换电路与量程切换电路通信连接。
8.根据权利要求1-7所述的铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置，其特征在于所述信号处理单元的数量与每个组内的通道数量相对应。
9.根据权利要求8所述的铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置，其特征在于所述I/V变换电路包括第一运放与第二运放，所述第一运放的输出端与第二运放的反向输入端相连接，所述第一运放的输入端与所述组内通道选择电路通信连接，第二运放的输出端与多路并行A/D转换电路相连接。
10.根据权利要求9所述的铝电解电容器批量老化过程实时监控与测量装置，其特征在于所述量程切换电路包括两微调电位器、双向继电器以及驱动三极管，所述两微调电位器的滑动调节端与双向继电器通信连接，另一端分别连接所述第一运放的反向输入端，所述驱动三极管的集电极与双向继电器通信连接，基极连接所述微处理器，发射极接地。
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