CN105588969A - 一种纹波电流的测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种纹波电流的测量装置及方法。装置包括:采样模块,用于对待测器件的混频波纹电流进行采样,得到一电流信号;所述混频波纹电流是指包含多种频率的波纹电流;频率分解模块,用于将所述电流信号分解为属于第一频段的第一电流子信号以及属于第二频段的第二电流子信号;所述第一频段的值域小于所述第二频段;其中,所述第一电流子信号能够根据第一频段的频率修正因子进行修正,所述第二电流子信号能够根据第二频段的频率修正因子进行修正,且修正后第一电流子信号和第二电流子信号用于合成出待测电解电容的等效波纹电流。本发明的方案能够将待测器件的混频波纹电流分解成高频和低频的两种波纹电流,方便计算待测器件的等效波纹电流。
Description
技术领域
本发明涉及电学领域,特别是一种纹波电流的测量装置及方法。
背景技术
电解电容是电子产品中用途最为广泛的元器件之一,同时也是影响和制约电子产品寿命的关键器件。而电解电容的可靠性和寿命与电解电容的纹波电流相关,因此确定电解电容的波纹电流是检验电子产品是否可靠的重要方法。
但是,目前很多电解电容产品并不只在单一频率下工作,因此具有不同频率的纹波电流,所以需要将所有频率下的纹波电流进行合成,得到电解电容的等效纹波电流。
而电解电容的内部电阻会随着波纹电流的频率的增加而减小,所以不同频率下纹波电流的等效电流数值与测量数值存在差异。为此,电解电容厂家会给出表一所示的各频率的频率修正因子(Fn),用于对检测到的波纹电流进行修正。
频率(Hz) | 50 | 60 | 120 | 1K | >10K |
频率修正因子 | 0.77 | 0.82 | 1.00 | 1.30 | 1.43 |
表一
计算等效纹波电流的理论公式为:式中,Ix1、Ix2、…Ixn为不同频率的波纹电流,F1、F2…Fn分别为Ix1、Ix2、…Ixn在各自频率下的频率修正因子。
即便目前已经给出理论公式,但是,在实际计算等效纹波电流时,存在以下困难:
1)由于电解电容自身包含了过多频率的纹波电流,很难识别出各频率的波纹电流,因此难以对各频率的波纹电流进行修正;
2)电解电容工作的纹波电流是脉冲状的,而检测结果只能反映瞬时时刻的情况,因此一个检测结果难以准确反映出电解电容的等效波纹电流。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种纹波电流的测量装置及方法,能够将待测器件的混频波纹电流分解成高频和低频的两种波纹电流,方便计算待测器件的等效波纹电流。。
为解决上述技术问题,本发明的实施例提供一种纹波电流的测量装置,包括:
采样模块,用于对待测器件的混频波纹电流进行采样,得到一电流信号;所述混频波纹电流是指包含多种频率的波纹电流;
频率分解模块,用于将所述电流信号分解为属于第一频段的第一电流子信号以及属于第二频段的第二电流子信号;所述第一频段的值域小于所述第二频段;
其中,所述第一电流子信号能够根据第一频段的频率修正因子进行修正,所述第二电流子信号能够根据第二频段的频率修正因子进行修正,且修正后第一电流子信号和第二电流子信号用于合成出待测电解电容的等效波纹电流。
其中,所述装置还包括:
处理模块,用于根据第一频段的频率修正因子对第一电流子信号进行修正,根据第二频段的频率修正因子对第二电流子信号进行修正,并根据修正后第一电流子信号和第二电流子信号合成出待测电解电容的等效波纹电流。
其中,所述待测器件具体为电解电容。
其中,所述采样模块具体为:
原线圈接入所述混频波纹电流、副线圈与所述频率分解模块连接的电流互感器;
或者,输入端接入所述混频波纹电流、输出端与所述频率分解模块连接的电流测试系统;
其中,所述电流互感器或所述电流测试系统能够按照预设比例对所述混频波纹电流的电流大小进行变换,得到所述电流信号。
其中,所述频率分解模块具体为:
由电阻R1和电容C1组成的RC串联电路;
当所述采样模块为电流互感器时,所述RC串联电路两端分别接入该电流传感器的副线圈上的所述电流信号;
当所述采样模块为电流测试系统时,所述RC串联电路两端分别接入所述电流测试系统的输出端上的所述电流信号;
其中,将所述电流信号分解到所述RC串联电路的电阻R1上的电流子信号作为属于第一频段的第一电流子信号,将所述电流信号分解到所述RC串联电路的电容C上的电流子信号作为属于第二频段的第二电流子信号。
其中,所述装置还包括:
用于消除所述RC串联电路的负载效应的电阻R2;
当所述采样模块为电流互感器时,所述电阻R2的一端与所述电流互感器的副线圈连接以及所述RC串联电路的一端连接,所述电阻R2的另一端与所述电流互感器的副线圈连接以及所述RC串联电路的另一端连接,且所述电阻R2设置在所述电流互感器的副线圈与所述RC串联电路之间,所述电阻R2的阻值等于副线圈与原线圈的匝数比;
当所述采样模块为电流测试系统时,所述电阻R2的一端与所述电流测试系统的输出端以及所述RC串联电路的一端连接,所述电阻R2的另一端与所述电流测试系统的输出端以及所述RC串联电路的另一端连接,且所述电阻R2设置在所述电流测试系统的输出端与所述RC串联电路之间,所述R2的阻值等于电流测试系统的输出阻抗。
其中,所述处理模块具体根据公式:确定所述待测电解电容的等效波纹电流;其中,In为待测电解电容的等效波纹电流;IL为第一电流子信号的电流值;FL为第一频段的波纹电压的频率修正因子;IH为第二电流子信号的电流值;FH为第二频段的波纹电压的频率修正因子。
本发明的另一实施例还提供一种纹波电流的测量装置的方法,包括:
对待测电解电容的混频波纹电流进行采样,得到一电流信号;所述混频波纹电流是指包含多种频率的波纹电流;
将所述电流信号分解为属于第一频段的第一电流子信号以及属于第二频段的第二电流子信号;所述第一频段的值域小于所述第二频段;
其中,所述第一电流子信号能够根据第一频段的频率修正因子进行修正,所述第二电流子信号能够根据第二频段的频率修正因子进行修正,且修正后第一电流子信号和第二电流子信号用于合成出待测电解电容的等效波纹电流。
其中,根据第一频段的频率修正因子对第一电流子信号进行修正,根据第二频段的频率修正因子对第二电流子信号进行修正,并根据修正后第一电流子信号和第二电流子信号合成出待测电解电容的等效波纹电流。
其中,所述待测器件具体为电解电容。
本发明的上述技术方案的有益效果如下:
本发明的方案能够将待测器件的混频波纹电流分解成高频和低频的两种波纹电流,方便计算待测器件的等效波纹电流。
附图说明
图1为本发明的纹波电流的测量装置的结构示意图;
图2为本发明的纹波电流的测量装置对应一种实现方式的具体结构示意图;
图3为本发明的纹波电流的测量装置对应另一种实现方式的具体结构示意图;
图4为电解电容的混频纹波电流对应的时域波形图;
图5为采用本发明的纹波电流的测量装置,对图4的时域波形图进行分解得到的低频的时域波形图;
图6为采用本发明的纹波电流的测量装置,对图4的时域波形图进行分解得到的高频的时域波形图;
图7为本发明的纹波电流的测量方法的步骤示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示,本发明的实施例提供一种纹波电流的测量装置,包括:
采样模块,用于对待测器件的混频波纹电流进行采样,得到一电流信号;所述混频波纹电流是指包含多种频率的波纹电流;
频率分解模块,用于将所述电流信号分解为属于第一频段的第一电流子信号以及属于第二频段的第二电流子信号;所述第一频段的值域小于所述第二频段;
其中,所述第一电流子信号能够根据第一频段的频率修正因子进行修正,所述第二电流子信号能够根据第二频段的频率修正因子进行修正,且修正后第一电流子信号和第二电流子信号用于合成出待测电解电容的等效波纹电流。
根据上述描述可以知道:本发明的装置可将待测器件的混频波纹电流解耦成高频段和低频段的2个电流波形(即第一电流子信号和第二电流子信号),后续可根据两种频段的频率修正因子对应修正这2个电流波形,再将修正后的电流波形进行合成,即可准确且简单地得到电解电容的等效波纹电流。
对应的,本实施例测量装置进一步包括:
处理模块,用于根据第一频段的频率修正因子对第一电流子信号进行修正,根据第二频段的频率修正因子对第二电流子信号进行修正,并根据修正后第一电流子信号和第二电流子信号合成出待测电解电容的等效波纹电流。
具体地,处理模块根据公式:确定所述待测电解电容的等效波纹电流;其中,In为待测电解电容的等效波纹电流;IL为第一电流子信号的电流值;FL为第一频段的波纹电压的频率修正因子;IH为第二电流子信号的电流值;FH为第二频段的波纹电压的频率修正因子。
需要说明的是,上述第一频段的波纹电流的频率修正因子,可以是现有的、在第一频段范围内,任一频点的波纹电流所对应的频率修正因子。例如,待测器件为电解电容,假设第一频段频的值域为30Hz到130Hz,则根据上文表一,可以从0.77、0.82和1.00中选择一个作为第一频段的频率修正因子,或者是从[0.77,1.00]的值域范围内选择一个数值作为第一频段的频率修正因子。同理,第二频段的频率修正因子也可以根据上述方法确定。
当然,根据表一中的特点,可以知道电解电容中凡是频率大于10KHz的波纹电流,其频率修正因子均为1.43,因此可将电解电容的混频波纹电流的电流信号分解为频率小于等于1KHz的第一电流子信号,以及频率大于等于10KHz的第二电流子信号。即,所述第一频段的值域∈(0,1KHz],所述第二频段的值域∈[10KHz,+∞)。根据表一,可将1.43作为第二频段的频率修正因子,这样一来使得最终计算出的等效波纹电流更加准确。
下面具体对如何确定电解电容的等效波纹电流进行详细介绍。
<实现方式一>
如图2所示,本实现方式一中,将电流互感器作为采样模块,其原线圈接入电解电容的混频波纹电流、副线圈与所述频率分解模块(R1和C1)连接。电流互感器的作用是将混频波纹电流的电流大小按照预设比例(即,原线圈与副线圈的匝数比)进行变换,从而避免混频波纹电流收到外界噪声干扰,影响测试结果。
所述频率分解模块具体为:
由电阻R1和电容C1组成的RC串联电路;所述RC串联电路两端分别接入该电流传感器的副线圈上的所述电流信号。
此外,图2中还包括一用于消除所述RC串联电路的负载效应的电阻R2;
所述电阻R2的一端与所述电流互感器的副线圈连接以及所述RC串联电路的一端连接,所述电阻R2的另一端与所述电流互感器的副线圈连接以及所述RC串联电路的另一端连接,且所述电阻R2设置在所述电流互感器的副线圈与所述RC串联电路之间。其中,电阻R2的阻值等于副线圈与原线圈的匝数比,保证其上的电压等于电流互感器副线圈的电压。当R2远大于电阻R1时,即可消除RC串联电路的负载效应。
由于电容的电学特性是对高频电流的阻抗大,对低频电流的阻抗小。因此针对大于等于10KHz的波纹电流时,C1的阻抗远小于R1,使得R1上的电流能够体现出第二频率的波纹电流(第二电流子信号)。针对小于等于1KHz的波纹电流,C1的阻抗远大于R1,因次C1上的电流可体现出第一频率的波纹电流(第一电流子信号)。
这里可设置一个划分第一频段以及第二频段的频率分界点F,因此可根据设定的F选择R1的阻值以及C1的电容值。
根据电学知识,图2中电容C1上的电压v1和电阻R1上的电压v2分别为:
当f∈(0,1KHz]<<F时,电容C上的电压v1=v,即可以认为电容C上的电压是电解电容的低频部分电流。
当f∈[10KHz,+∞)>>F时,电阻R2上的电压v2=v,即可以认为电容R2上的电压是电解电容的高频部分电流。
在这里,可以但不一定将F设置为5KHz,从而保证了第二频段最小的频率10KHz>>5KHz,而第一频段最大的频率1KHz<<5KHz。即,C1上的电流基本上是属于第一频段的第一电流子信号,而R1上的电流基本上是属于第二频段的第二电流子信号。这样一来,通过检测C1上的电流即可得到第一电流子信号的电流值IL,通过检测R1上的电流即可得到第二电流子信号的电流值IH。
之后,根据表一,示例性地将1.00作为第一频段的频率修正因子,将1.43作为第二频段的频率修正因子,并根据上文给出的等效波纹计算公式进行计算。
图5所示的是电解电容的混频波纹电流的时域波形图,可见图5中的频率混乱,难以确定出等效波纹电流。
采用本发明的方法,可将图5的混频波纹电流分解成图6所示的低频的波纹电流,以及图7所示的高频的波纹电流。之后根据各自的频率修正因子对图6和图7的波纹电流进行修正,并将修正后的波纹电流重新进行合成,即可得到准确的等效波纹电流。
<实现方式二>
如图3所示,与上述实现方式一不同的是,本实现方式二采用电流测试系统(电流测试系统是现有用于测试电流的产品)作为采样模块,用于照预设比例对混频波纹电流进行变换,得到电流信号。其中,电流测试系统的输入端接入所述混频波纹电流,输出端与所述频率分解模块(R1和C1)连接。
所述频率分解模块具体为:
由电阻R1和电容C1组成的RC串联电路,其两端分别接入所述的输出端上的所述电流信号;
此外,图3中还包括一用于消除所述RC串联电路的负载效应的电阻R2;当所述采样模块为电流测试系统时,所述电阻R2的一端与所述电流测试系统的输出端以及所述RC串联电路的一端连接,所述电阻R2的另一端与所述电流测试系统的输出端以及所述RC串联电路的另一端连接,且所述电阻R2设置在所述的输出端与所述RC串联电路之间。其中,所述R2的阻值等于的输出阻抗,用于降低高频传输失真。
由于图3的工作原理与图2一致,本文不再赘述。
综上所述,本发明的纹波电流的测量装置能够简单、准确地确定出电解电容的等效波纹电流,具有很高的实用价值。
此外,如图7所示,本发明的实施例还提供一种纹波电流的测量装置的方法,包括:
步骤71,对待测电解电容的混频波纹电流进行采样,得到一电流信号;所述混频波纹电流是指包含多种频率的波纹电流;
步骤72,将所述电流信号分解为属于第一频段的第一电流子信号以及属于第二频段的第二电流子信号;所述第一频段的值域小于所述第二频段;
其中,所述第一电流子信号能够根据第一频段的频率修正因子进行修正,所述第二电流子信号能够根据第二频段的频率修正因子进行修正,且修正后第一电流子信号和第二电流子信号用于合成出待测电解电容的等效波纹电流。
根据上述描述可以知道:本发明的方法将可将待测器件的混频波纹电流解耦成高频段和低频段的2个电流波形(即第一电流子信号和第二电流自信号),后续可根据两种频段的频率修正因子对应修正这2个电流波形,再将修正后的电流波形进行合成,即可准确且简单地得到电解电容的等效波纹电流。
对应的,本实施例测量方法进一步包括:
步骤73,根据第一频段的频率修正因子对第一电流子信号进行修正,根据第二频段的频率修正因子对第二电流子信号进行修正,并根据修正后第一电流子信号和第二电流子信号合成出待测电解电容的等效波纹电流。
具体地,在执行步骤73时,根据公式:确定所述待测电解电容的等效波纹电流;其中,In为待测电解电容的等效波纹电流;IL为第一电流子信号的电流值;FL为第一频段的波纹电压的频率修正因子;IH为第二电流子信号的电流值;FH为第二频段的波纹电压的频率修正因子。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种纹波电流的测量装置,其特征在于,包括:
采样模块,用于对待测器件的混频波纹电流进行采样,得到一电流信号;所述混频波纹电流是指包含多种频率的波纹电流;
频率分解模块,用于将所述电流信号分解为属于第一频段的第一电流子信号以及属于第二频段的第二电流子信号;所述第一频段的值域小于所述第二频段;
其中,所述第一电流子信号能够根据第一频段的频率修正因子进行修正,所述第二电流子信号能够根据第二频段的频率修正因子进行修正,且修正后第一电流子信号和第二电流子信号用于合成出待测电解电容的等效波纹电流。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,还包括:
处理模块,用于根据第一频段的频率修正因子对第一电流子信号进行修正,根据第二频段的频率修正因子对第二电流子信号进行修正,并根据修正后第一电流子信号和第二电流子信号合成出待测电解电容的等效波纹电流。
3.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述待测器件具体为电解电容。
4.根据权利要求3所述的装置,其特征在于,
所述采样模块具体为:
原线圈接入所述混频波纹电流、副线圈与所述频率分解模块连接的电流互感器;
或者,输入端接入所述混频波纹电流、输出端与所述频率分解模块连接的电流测试系统;
其中,所述电流互感器或所述电流测试系统能够按照预设比例对所述混频波纹电流的电流大小进行变换,得到所述电流信号。
5.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,
所述频率分解模块具体为:
由电阻R1和电容C1组成的RC串联电路;
当所述采样模块为电流互感器时,所述RC串联电路两端分别接入该电流传感器的副线圈上的所述电流信号;
当所述采样模块为电流测试系统时,所述RC串联电路两端分别接入所述电流测试系统的输出端上的所述电流信号;
其中,将所述电流信号分解到所述RC串联电路的电阻R1上的电流子信号作为属于第一频段的第一电流子信号,将所述电流信号分解到所述RC串联电路的电容C上的电流子信号作为属于第二频段的第二电流子信号。
6.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,还包括:
用于消除所述RC串联电路的负载效应的电阻R2;
当所述采样模块为电流互感器时,所述电阻R2的一端与所述电流互感器的副线圈连接以及所述RC串联电路的一端连接,所述电阻R2的另一端与所述电流互感器的副线圈连接以及所述RC串联电路的另一端连接,且所述电阻R2设置在所述电流互感器的副线圈与所述RC串联电路之间,所述电阻R2的阻值等于副线圈与原线圈的匝数比;
当所述采样模块为电流测试系统时,所述电阻R2的一端与所述电流测试系统的输出端以及所述RC串联电路的一端连接,所述电阻R2的另一端与所述电流测试系统的输出端以及所述RC串联电路的另一端连接,且所述电阻R2设置在所述电流测试系统的输出端与所述RC串联电路之间,所述R2的阻值等于电流测试系统的输出阻抗。
7.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,
所述处理模块具体根据公式:确定所述待测电解电容的等效波纹电流;其中,In为待测电解电容的等效波纹电流;IL为第一电流子信号的电流值;FL为第一频段的波纹电压的频率修正因子;IH为第二电流子信号的电流值;FH为第二频段的波纹电压的频率修正因子。
8.一种纹波电流的测量装置的方法,其特征在于,包括:
对待测电解电容的混频波纹电流进行采样,得到一电流信号;所述混频波纹电流是指包含多种频率的波纹电流;
将所述电流信号分解为属于第一频段的第一电流子信号以及属于第二频段的第二电流子信号;所述第一频段的值域小于所述第二频段;
其中,所述第一电流子信号能够根据第一频段的频率修正因子进行修正,所述第二电流子信号能够根据第二频段的频率修正因子进行修正,且修正后第一电流子信号和第二电流子信号用于合成出待测电解电容的等效波纹电流。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,还包括:
根据第一频段的频率修正因子对第一电流子信号进行修正,根据第二频段的频率修正因子对第二电流子信号进行修正,并根据修正后第一电流子信号和第二电流子信号合成出待测电解电容的等效波纹电流。
10.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述待测器件具体为电解电容。
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