CN112731008A - 一种电容老化检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电容老化检测系统及方法，包括寿命设定模块用以设定电容器在额定条件工作时的使用寿命；工艺系数设定模块用以设定工艺影响系数；温度检测模块用以实时检测电容器工作的环境温度并计算当前工作温度下的电容器实际使用寿命，并设定温度影响因数；电压检测模块用以实时监测电容器的工作电压并计算当前工作电压下的电容器实际使用寿命，并设定工作电压影响因数；纹波检测模块用以实时采集电容器的纹波并计算电容器的纹波系数；判定模块用以判断电容器的工作状态区间；输出模块用以将所述判定模块的结果输出，实现对电容器的实时检测，提前识别出老化电容器并更换，极大地提高了电子设备的安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电容老化检测技术领域，尤其涉及一种电容老化检测系统及方法。
背景技术
电容是一种容纳电荷的器件，在电子设备中大量使用，随着使用时间的增长，电容器的性能参数会发生变化，当性能参数的偏离误差超过标准允差时，电容器就被定义为老化。电容器老化后会导致相应电子设备的性能参数降低，严重的甚至会出现故障或设备烧毁损坏等情况，所以对电容器进行实时监测与检测，以提前识别出老化的电容器并采取相应措施成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种电容器老化检测系统及方法，解决了电子设备中电容器老化导致电子设备性能参数降低甚至出现故障或烧毁损坏的问题，实现对电容器的实时检测，提前识别出老化电容器并更换，极大地提高了电子设备的安全性和可靠性。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：
本发明一方面公开一种电容老化检测系统，包括寿命设定模块、工艺系数设定模块、温度检测模块、电压检测模块、纹波检测模块、判定模块和输出模块，其中，寿命设定模块用以设定电容器在额定条件工作时的使用寿命；工艺系数设定模块用以设定工艺影响系数；温度检测模块用以实时检测电容器工作的环境温度并计算当前工作温度下的电容器实际使用寿命，并设定温度影响因数；电压检测模块用以实时监测电容器的工作电压并计算当前工作电压下的电容器实际使用寿命，并设定工作电压影响因数；纹波检测模块用以实时采集电容器的纹波并计算电容器的纹波系数；判定模块用以判断电容器的工作状态区间；输出模块用以将所述判定模块的结果输出。
进一步地，所述温度检测模块包括温度采集单元和温度计算单元，其中，温度采集单元用以实时采集电容器工作的环境温度；温度计算单元用以计算所述温度采集单元采集的环境温度下的电容器实际使用寿命。
进一步地，所述电压检测模块包括电压采集单元和电压计算单元，其中，电压采集单元用以实时采集电容器的工作电压；电压计算单元，用以计算所述电压采集单元采集的工作电压下的电容器实际使用寿命。
进一步地，所述纹波检测模块包括纹波采集单元和纹波计算单元，其中，纹波采集单元用以实时采集电容器的纹波；纹波计算单元用以根据所述纹波采集单元采集的纹波计算电容器的纹波系数。
本发明另一方面公开一种电容老化检测系统的检测方法，包括以下步骤：
根据电容器的类型和标称参数，设定电容器在额定条件工作时的使用寿命L0；
根据不同工艺设定不同工艺系数α；
计算当前工作温度下的电容器实际使用寿命L1，并设定温度影响因数β；
计算当前工作电压下的电容器实际使用寿命L2，并设定工作电压影响因数γ；
计算出当前工作环境下电容器实际使用寿命L＝L＝α(β*L1+γ*L2)，
其中，L为电容器当前工作条件下的实际使用寿命，α为电容器的工艺系数，β为电容器的温度影响系数，L1为当前工作环境温度下的电容器实际使用寿命，γ为电容器的电压影响系数，L2当前工作电压下的电容器实际使用寿命；
计算电容器的纹波系数；
判定电容器的工作状态区间；
将所述判定模块的判定结果作为故障信号输出。
进一步地，所述当前工作温度下的电容器实际使用寿命L1的计算公式为：
其中，L1为当前工作温度下的电容器实际使用寿命，L0为电容器在额定条件工作时的使用寿命，T0为电容器额定最高使用温度，Δt为额定温度时最大允许温升，ΔT为T温度下纹波电流产生的发热值。
进一步地，所述当前工作电压下的电容器实际使用寿命L2的计算公式为：
L2＝L0/(UP/UN)x (2)
其中，L2为当前工作电压下的电容器实际使用寿命，L0为电容器在额定工作电压下的使用寿命，UP为电容器实际连续工作电压，UN为电容器的额定工作电压，x为电容系数，不同电容器的电容系数不同且x＞1。
进一步地，所述计算电容器的纹波系数RF的计算公式为：
其中，RF为纹波系数，ΔU为纹波电压，U为输出电压。
有益技术效果：
本发明公开一种电容老化检测系统，包括寿命设定模块、工艺系数设定模块、温度检测模块、电压检测模块、纹波检测模块、判定模块和输出模块，其中，寿命设定模块用以设定电容器在额定条件工作时的使用寿命；工艺系数设定模块用以设定工艺影响系数；温度检测模块用以实时检测电容器工作的环境温度并计算当前工作温度下的电容器实际使用寿命，并设定温度影响因数；电压检测模块用以实时监测电容器的工作电压并计算当前工作电压下的电容器实际使用寿命，并设定工作电压影响因数；纹波检测模块用以实时采集电容器的纹波并计算电容器的纹波系数；判定模块用以判断电容器的工作状态区间；输出模块用以将所述判定模块的结果输出，解决了电子设备中电容器老化导致电子设备性能参数降低甚至出现故障或烧毁损坏的问题，实现对电容器的实时检测，提前识别出老化电容器并更换，极大地提高了电子设备的安全性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的一种电容老化检测系统的结构框图；
图2为本发明实施例提供的一种电容老化检测系统的电路结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种电容老化检测方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。
本发明一方面公开一种电容老化检测系统，参见图1和图2，电容老化检测系统包括寿命设定模块、工艺系数设定模块、温度检测模块、电压检测模块、纹波检测模块、判定模块和输出模块，其中，寿命设定模块用以设定电容器在额定条件工作时的使用寿命；工艺系数设定模块用以设定工艺影响系数；温度检测模块用以实时检测电容器工作的环境温度并计算当前工作温度下的电容器实际使用寿命，并设定温度影响因数，具体地，温度检测模块包括温度采集单元和温度计算单元，其中，温度采集单元用以实时采集电容器工作的环境温度；温度计算单元用以计算温度采集单元采集的环境温度下的电容器实际使用寿命；电压检测模块用以实时监测电容器的工作电压并计算当前工作电压下的电容器实际使用寿命，并设定工作电压影响因数，具体地，电压检测模块包括电压采集单元和电压计算单元，其中，电压采集单元用以实时采集电容器的工作电压；电压计算单元用以计算电压采集单元采集的工作电压下的电容器实际使用寿命；纹波检测模块用以实时采集电容器的纹波并计算电容器的纹波系数，具体地，纹波检测模块包括纹波采集单元和纹波计算单元，其中，纹波采集单元用以实时采集电容器的纹波；纹波计算单元用以根据纹波采集单元采集的纹波计算电容器的纹波系数；判定模块用以判断电容器的工作状态区间；输出模块用以将所述判定模块的结果输出，本发明公开的电容老化检测系统实现对电容器的实时检测，提前识别出老化电容器并更换，极大地提高了电子设备的安全性和可靠性。
本发明另一方面公开一种电容老化检测系统的检测方法，参见图3，包括以下步骤：
S1：根据电容器的类型和标称参数，设定电容器在额定条件工作时的使用寿命L0；
具体地，寿命设定模块根据电容器的类型和标称参数，设定电容器在额定条件运行时的电容寿命L0，作为电容器实际使用寿命的基准值。
S2：根据不同工艺设定不同工艺系数α；
具体地，计算电容器使用寿命时需考虑工艺系数的影响，工艺系数设定模块根据不同的供应商因工艺不同导致电容器使用寿命不同，可通过设定不同供应商的不同工艺系数a。
S3：计算当前工作温度下的电容器实际使用寿命L1，并设定温度影响因数β；
具体地，温度检测模块实时检测电容器运行的环境温度，根据运行环境的不同，计算出当前运行环境温度下的电容器寿命L1，并综合考虑电容器使用寿命的影响因数，设定温度影响因数β，根据电容器的类型对工作温度的敏感程度，温度影响因数β设定不同的值；在低温下，由于电容器内部液体的粘度增大，内部电压降低，电容器耐电能力下降，在低于其允许最低温度的温度下投入运行，很可能会在电容器内部引发局部放电，从而加速其电老化而降低电容器的实际使用寿命，而另一方面，如果电容器长期在高于其最高允许的温度下运行，又会加速电容器的热老化，根据阿列纽斯方程可知，温度升高，寿命消耗增大，一般来说，环境温度每升高10℃，寿命消耗速率将增大2-10倍，即电容器的工作环境温度每升高10℃，电容器使用寿命减少一倍，电容器工作环境温度每下降10℃，其寿命增加一倍。
当前工作环境温度下的电容器实际使用寿命L1的计算公式为：
其中，L1为当前工作温度下的电容器实际使用寿命，L0为电容器在额定条件工作时的使用寿命，T0为电容器额定最高使用温度，Δt为额定温度时最大允许温升，ΔT为T温度下纹波电流产生的发热值。
S4：计算当前工作电压下的电容器实际使用寿命L2，并设定工作电压影响因数γ；
具体地，电容器的长期工作电压对电容器的实际寿命影响比较大，电压检测模块根据长期工作电压计算出电容器实际使用寿命L2，并综合考虑电容器寿命的影响因数，设定工作电压影响因数γ，根据电容器的类型对工作电压的敏感程度，工作电压影响因数γ设定不同的值；如果电容器在高于其额定工作电压的电压下长期连续地运行，会使电容器的实际使用寿命大大缩短，另外，在分断操作时，电容器两端会出现瞬时过电压情况，在过高瞬时电压的作用下，电容器内部就会发生强烈的局部放电和介质损伤，甚至导致电容器击穿，使得电容器的使用寿命大大减少。
当前工作电压下的电容器实际使用寿命L2的计算公式为：
L2＝L0/(UP/UN)x (2)
其中，L2为当前工作电压下的电容器实际使用寿命，L0为电容器在额定工作电压下的使用寿命，UP为电容器实际连续工作电压，UN为电容器的额定工作电压，x为电容系数，不同电容器的电容系数不同且x＞1。
S5：计算出当前工作环境下电容器实际使用寿命L＝L＝α(β*L1+γ*L2)，
其中，L为电容器当前工作条件下的实际使用寿命，α为电容器的工艺系数，β为电容器的温度影响系数，L1为当前工作环境温度下的电容器实际使用寿命，γ为电容器的电压影响系数，L2当前工作电压下的电容器实际使用寿命；
S6：计算电容器的纹波系数；
具体地，电容器两端直流电压上叠加的交流分量，用有效值或峰值来表示，纹波检测模块计算出纹波的相对量，电容器老化后，纹波系数RF将增大，通过纹波系数表征电容器的老化程度，并结合其他因素判定电容器的是否需要更换或采取其他措施。
计算电容器的纹波系数RF的计算公式为：
其中，RF为纹波系数，ΔU为纹波电压，U为输出电压。
S7：判定电容器的工作状态区间；
判定模块根据电容器实际使用寿命的基准值L0，并结合不同使用环境温度下的温度影响因数β和电压影响因数γ，计算出电容器当前工作条件下的实际使用寿命L，作为该电容器的基本保护值，根据电容器使用过程中，设备实际输出的纹波系数RF，结合该状态出现的持续时间及电容器已使用时间t和实际寿命的比值，将电容的工作状态分为安全区、告警区和保护区。
当电容器已使用时间t＜50％L时，判定电容器工作在安全区；当50％L＜t＜70％L时，判定电容器工作在告警区；当t＞80％L时，判定电容器工作在保护区。
电容器工作安全区时，纹波系数比RF/RF0＞x1时，判定电容器老化不可用进行检查更换或采取其他措施；
电容器工作告警区时，纹波系数比RF/RF0＞x2时，判定电容器老化不可用进行检查更换或采取其他措施；
电容器工作保护区时，纹波系数比RF/RF0＞x3时，判定电容器老化不可用进行检查更换或采取其他措施；
其中，RF0为设计纹波系数，x1、x2、x3可根据电子设备对纹波的容忍程度而定且满足x1＞x2＞x3＞1，如可设定x1＝10,x2＝8,x3＝5。
S8：将所述判定模块的判定结果作为故障信号输出。
具体地，输出模块将电容器是否老化的判定结果作为故障信号输出或者通过通讯方式上传到上位机通知客户端或运维端进行相应服务。
本发明公开的电容老化检测方法实现对电容器的实时检测，提前识别出老化电容器并更换，极大地提高了电子设备的安全性和可靠性，可实现不同使用条件下的不同类型的电容器老化进行差异化的识别和预警防护。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种电容老化检测系统，其特征在于，包括：
寿命设定模块，用以设定电容器在额定条件工作时的使用寿命；
工艺系数设定模块，用以设定工艺影响系数；
温度检测模块，用以实时检测电容器工作的环境温度并计算当前工作温度下的电容器实际使用寿命，并设定温度影响因数；
电压检测模块，用以实时监测电容器的工作电压并计算当前工作电压下的电容器实际使用寿命，并设定工作电压影响因数；
纹波检测模块，用以实时采集电容器的纹波并计算电容器的纹波系数；
判定模块，用以判断电容器的工作状态区间；
输出模块，用以将所述判定模块的结果输出。
2.根据权利要求1所述的一种电容老化检测系统，其特征在于，所述温度检测模块包括：
温度采集单元，用以实时采集电容器工作的环境温度；
温度计算单元，用以计算所述温度采集单元采集的环境温度下的电容器实际使用寿命。
3.根据权利要求1所述的一种电容老化检测系统，其特征在于，所述电压检测模块包括：
电压采集单元，用以实时采集电容器的工作电压；
电压计算单元，用以计算所述电压采集单元采集的工作电压下的电容器实际使用寿命。
4.根据权利要求1所述的一种电容老化检测系统，其特征在于，所述纹波检测模块包括：
纹波采集单元，用以实时采集电容器的纹波；
纹波计算单元，用以根据所述纹波采集单元采集的纹波计算电容器的纹波系数。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的电容老化检测系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据电容器的类型和标称参数，设定电容器在额定条件工作时的使用寿命L0；
根据不同工艺设定不同工艺系数α；
计算当前工作温度下的电容器实际使用寿命L1，并设定温度影响因数β；
计算当前工作电压下的电容器实际使用寿命L2，并设定工作电压影响因数γ；
计算出当前工作环境下电容器实际使用寿命L＝L＝α(β*L1+γ*L2)，
其中，L为电容器当前工作条件下的实际使用寿命，α为电容器的工艺系数，β为电容器的温度影响系数，L1为当前工作环境温度下的电容器实际使用寿命，γ为电容器的电压影响系数，L2当前工作电压下的电容器实际使用寿命；
计算电容器的纹波系数；
判定电容器的工作状态区间；
将所述判定模块的判定结果作为故障信号输出。
6.根据权利要求5所述的一种电容老化检测系统的检测方法，其特征在于，所述当前工作温度下的电容器实际使用寿命L1的计算公式为：
其中，L1为当前工作温度下的电容器实际使用寿命，L0为电容器在额定条件工作时的使用寿命，T0为电容器额定最高使用温度，Δt为额定温度时最大允许温升，ΔT为T温度下纹波电流产生的发热值。
7.根据权利要求5所述的一种电容老化检测系统的检测方法，其特征在于，所述当前工作电压下的电容器实际使用寿命L2的计算公式为：
L2＝L0/(UP/UN)x (2)
其中，L2为当前工作电压下的电容器实际使用寿命，L0为电容器在额定工作电压下的使用寿命，UP为电容器实际连续工作电压，UN为电容器的额定工作电压，x为电容系数，不同电容器的电容系数不同且x＞1。
8.根据权利要求5所述的一种电容老化检测系统的检测方法，其特征在于，所述计算电容器的纹波系数RF的计算公式为：
其中，RF为纹波系数，ΔU为纹波电压，U为输出电压。
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| CN112731008B (zh) | 2023-11-17 |
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