CN103954852B - 一种高压大容量电容器低频噪声测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压大容量电容器低频噪声测试方法，该高压大容量电容器低频噪声测试方法包括充电阶段和测试阶段；在充电阶段，先由经过整流的交流电对电容器进行充电，将其预充到设定的端电压值，然后切换到具有相同电压的电池组供电模式；测试阶段，电池组在对电容器的保压过程中，将电容器内部的漏电流引出到外电路，通过采集采样电阻上的噪声信号，即可测量到电容器内部漏电流的低频噪声。本发明能够准确测量高压大容量容性元件的低频噪声，测量的低频噪声时间序列与功率谱能有效反映电容器内部缺陷的非稳态变化过程；对高阻介质材料与器件低频噪声的测量与表征，以及基于低频噪声的可靠性保障与筛选技术具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于电容器低频噪声测试技术领域，尤其涉及一种高压大容量电容器低频噪声测试方法。
背景技术
电容器广泛应用于各类电子设备中，在理想状态下，电容器是无损耗元件，也是无噪声元件，然而事实上电容器中存在一些损耗机制，导致其无法真正处于平衡态，从而会产生一定水平的电噪声，每个电容器都具有一定水平的漏电流，当电容器两端具有一定电压时，由于漏电流的存在，会产生低频噪声，电容器的低频噪声水平过大，不但会影响所在电路的噪声水平，同时较大的低频噪声也意味着电容器的可靠性(寿命)存在问题，曾有人研究了铝电解电容器低频噪声参数与预期寿命之间的关系，得到了强相关性的结果，根据低频噪声参数，可以电容器的寿命和可靠性进行无损评估与筛选。
研究电容器低频噪声的首要条件是能够正确测量低频噪声，由于电容器的容性性质，其漏电流发生在器件内部的阳极与阴极之间，并不出现在外电路中，测量时需要通过外接电源引出，这时会出现两个问题，即：以交流供电的普通电源会引入比电解电容器漏电流噪声更大的纹波和噪声信号，导致漏电流噪声信号被掩模；而以电池组供电时因为要对电容器进行充电，从而会表现出电量不足，测试无法长时间进行，同时电池组亏电时，较大的内阻会对测量产生不利影响。
目前国内外研究电容器低频噪声测量方法的并不多，而且主要以测量低压小容量电容器为主，由于电容器漏电流噪声信号相对微弱，测量具有一定难度，因此有必要系统研究电解电容器低频噪声的正确测试方法。传统电容器低频噪声测试过程中交流电源供电所引入噪声过大；以往电容器低频噪声测试过程中电池组供电遇到的电量不足的问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种高压大容量电容器低频噪声测试方法，旨在解决传统电容器低频噪声测试过程中交流电源供电所引入噪声过大；以往电容器低频噪声测试过程中电池组供电遇到的电量不足的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种高压大容量电容器低频噪声测试方法，该高压大容量电容器低频噪声测试方法分为两个阶段，即充电阶段和测试阶段；
充电阶段：先由经过整流的交流电对对电容器进行充电，预充到设定的端电压值，然后切换到具有相同电压的电池组供电模式；
测试阶段：电池组在对电容器的保压过程中，将电容器内部的漏电流引出到外电路，通过采集采样电阻上的噪声信号，即可测量到电容器内部漏电流的低频噪声。
进一步，该高压大容量电容器低频噪声测试的交流耦合测试电路，包括：电源V1、保压电池组BT1、充电电阻R1、放电电阻R2、保护电阻R3、采样电阻R4、切换开关S1和切换开关S2，待测电容C1，低频噪声信号交流耦合电容C2和C2的放电电容R5。
进一步，交流耦合测试电路的测试方法：先将切换开关S1切换到3端，电源V1通过电充电电阻R1和保护电阻R3向待测电容C1充电，当待测电容C1上电压稳定后，将切换开关S1切换到2端，此时由保压电池组BT1、待测电容器C1和电流取样保护电阻R3构成测试回路，待测电容C1内的漏电流通过阳极流向阴极，保压电池组BT1提供电流补充，全部漏电流会通过保护电阻R3返回保压电池组BT1，此时监测保护电阻R3上的电压和漏电流成比例关系，测试完成后，更换待测电容C1前要先将切换开关S1切换到4端，通过放电电阻R2阻释放电荷，取来的电压信号经过低噪声前置放大器放大之后，送入AD采集单元，在计算机中完成时间序列和功率谱数据的存储与分析。
本发明提供的高压大容量电容器低频噪声测试方法，将高压大容量电容器低频噪声测试过程分为两个阶段，即充电阶段和测试阶段；在充电阶段，先由经过整流的交流电对对电容器进行充电，将其预充到设定的端电压值，然后切换到具有相同电压的电池组供电模式；测试阶段，电池组在对电容器的保压过程中，将电容器内部的漏电流引出到外电路，通过采集采样电阻上的噪声信号，即可测量到电容器内部漏电流的低频噪声。本发明提出的电容器低频噪声的测试方法能够准确测量高压大容量容性元件的低频噪声，测量的低频噪声时间序列与功率谱能有效反映电容器内部缺陷的非稳态变化过程，克服了传统电容器低频噪声测试过程中交流电源供电所引入噪声过大的缺点；弥补了以往电容器低频噪声测试过程中电池组供电遇到的电量不足的问题；对高阻介质材料与器件低频噪声的测量与表征，以及基于低频噪声的可靠性保障与筛选技术具有重要意义。
附图说明
图1是本发明实施例提供的高压大容量电容器低频噪声测试方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的交流耦合测试电路的连接示意图；
图3是本发明实施例提供的测量得到的铝电解电容器样品的低频噪声时间序列示意图；
图4是本发明实施例提供的测量得到的铝电解电容器样品的低频噪声功率谱示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
本发明将高压大容量电容器低频噪声测试过程分为两个阶段，即充电阶段和测试阶段；
S101：先由经过整流的交流电对对电容器进行充电，将其预充到设定的端电压值，然后切换到具有相同电压的电池组供电模式；
S102：电池组在对电容器的保压过程中，将电容器内部的漏电流引出到外电路，通过采集采样电阻上的噪声信号，即可测量到电容器内部漏电流的低频噪声。
本发明的具体步骤为：
本发明将高压大容量电容器低频噪声测试过程分为两个阶段，即充电阶段和测试阶段；
先由经过整流的交流电对对电容器进行充电，将其预充到设定的端电压值，然后切换到具有相同电压的电池组供电模式；通过电池组对电容器内部漏电流的补偿作用，将漏电流引出到外电路，并流过采样电阻，通过采集采样电阻上的噪声信号，即可测量到电容器内部漏电流的低频噪声。
如图2所示为本发明所采用的高压大容量电容器低频噪声的交流耦合测试电路，该测试电路主要由充电电源V1、保压电池组BT1、充电电阻R1、放电电阻R2、保护电阻R3、采样电阻R4、切换开关S1和S2，待测电容C1，低频噪声信号交流耦合电容C2和C2的放电电容R5构成；
考虑测试器件为高压大容量电容器，测试电源采用快充电源和低噪声电池组切换方式工作，测试时保证两个电压源的电压基本相同，测试开始时先将S1切换到3端，V1电源通过R1电阻和R3电阻向待测电容器C1充电，当电容器C1上电压稳定后，将开关S1切换到2端，此时由电池组BT1、待测电容器C1和电流取样电阻R3构成测试回路，待测电容器内的漏电流通过阳极流向阴极，BT1提供电流补充，全部漏电流会通过R3返回BT1，此时监测R3上的电压和漏电流成比例关系，测量过程中漏电流稳定需要一定时间，这主要取决于电容器的端电压、容量以及回路串联电阻，S2和R5构成对隔直流电容C2的直流快速放电回路，用以保证测试端直流电位快速归零，测试完成后，更换C1电容器前要先将S1切换到4端，通过R2电阻释放电荷，取来的电压信号经过低噪声前置放大器放大之后，送入AD采集单元，在计算机中完成时间序列和功率谱数据的存储与分析。
结合以下的测试和结果对本发明的应用效果做补充说明：
实验测试时采用的电容器样品为Aishi100μF/400V铝电解电容器，测试时最高电压为390V，当然电压也可以为400V甚至更高，主要由快冲电源电压、电池组电压和电容器耐压值决定，如图3所示为测量得到的铝电解电容器样品的低频噪声时间序列，从图3可以看出，铝电解电容器低频噪声时间序列与半导体器件如MOSFET的典型低频噪声时间序列非常相似，如图4所示为测量得到的铝电解电容器样品的低频噪声功率谱，测量铝电解电容器低频噪声功率谱时，采用了10次平均的方法，从图4中可以看出，在20Hz以下的范围内，测量的铝电解电容器低频噪声功率谱近似为噪声，频率因子也近似为1，在20Hz以上的频率范围内，功率谱近似为热噪声功率谱，图4所示的结果与相关模型给出的铝电解电容器低频噪声的功率谱的特性一致。
本发明提出的电容器低频噪声的测试方法能够准确测量高压大容量容性元件的低频噪声，测量的低频噪声时间序列与功率谱能有效反映电容器内部缺陷的非稳态变化过程。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种高压大容量电容器低频噪声测试方法，其特征在于，该高压大容量电容器低频噪声测试方法分为两个阶段，即充电阶段和测试阶段；
充电阶段：先由经过整流的交流电对电容器进行充电，预充到设定的端电压值，然后切换到具有相同电压的电池组供电模式；
测试阶段：电池组在对电容器的保压过程中，将电容器内部的漏电流引出到外电路，通过采集采样电阻上的噪声信号，即可测量到电容器内部漏电流的低频噪声；
该高压大容量电容器低频噪声测试的交流耦合测试电路，包括：电源V1、保压电池组BT1、充电电阻R1、放电电阻R2、保护电阻R3、采样电阻R4、切换开关S1和切换开关S2，待测电容C1，低频噪声信号交流耦合电容C2和C2的放电电阻R5；
交流耦合测试电路的测试方法：先将切换开关S1切换到3端，电源V1通过电充电电阻R1和保护电阻R3向待测电容C1充电，当待测电容C1上电压稳定后，将切换开关S1切换到2端，此时由保压电池组BT1、待测电容器C1和电流取样保护电阻R3构成测试回路，待测电容C1内的漏电流通过阳极流向阴极，保压电池组BT1提供电流补充，全部漏电流会通过保护电阻R3返回保压电池组BT1，此时监测保护电阻R3上的电压和漏电流成比例关系，测试完成后，更换待测电容C1前要先将切换开关S1切换到4端，通过放电电阻R2阻释放电荷，取来的电压信号经过低噪声前置放大器放大之后，送入AD采集单元，在计算机中完成时间序列和功率谱数据的存储与分析。
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