CN201654151U - 中高压铝电解电容器大功率高频脉冲老练仪 - Google Patents

Abstract

一种中高压铝电解电容器大功率高频脉冲老练仪，老练仪包括微处理模块、电压电流可控直流电源模块和开关电路，微处理模块输出控制信号控制电压电流可控直流电源模块工作，电压电流可控直流电源模块工作输出电源给开关电路，微处理模块控制开关电路输出高频脉冲。老练仪输出频率为1～10000Hz，占空比为0.3～0.8的高频脉冲对电解电容器进行老练，老练过程为利用1.5～2.5小时，在室温下将老练电压阶梯升压至设定输出电压对铝电解电容器进行老练，然后在85℃-115℃保持设定输出电压对铝电解电容器老练1.0小时，然后再降温至室温保持设定输出电压对铝电解电容器老练0.5小时。

Description

中高压铝电解电容器大功率高频脉冲老练仪

技术领域

本实用新型公开一种电解电容器的老练仪特别是一种中高压铝电解电容器大功率高频脉冲老练仪。

背景技术

电解电容器在制造过程中，由于切箔、刺铆和卷绕等作业，对电极铝箔上的化成氧化膜所造成的损伤，仅靠电容器的自愈能力，难以完全修复。必须经过老练这一工序，才能保证产品的性能达到标准要求，而且具有相当稳定性及均一性。老练工艺是铝电解电容器制造的关键工艺之一，它是以一定电压或电流对电容器进行再化成处理，其作用是修补作为电介质的铝氧化膜，以降低漏电流，保证电解电容器的性能与品质达到标准要求。化成实质是一个电解过程，在电压或电流的作用下，阳极铝箔的Al³⁺与电解液中的水电离生成的O^2-化合，在阳极生成氧化膜Al₂O₃，并同时在阴极上析出H₂，氧化膜和H₂的生成量符合法拉第电解定律。但是，实际上老练工艺的耗电量远远大于理论计算出所需的电量，这就是说老练工艺的通电并非时时有效的，根据电化学分析，化成时的电压主要施加在氧化膜上，除界面外，电解液中几乎没有电压降，离子运动主要靠浓度差引起的浓度扩散。化成时阳极附近的离子运动主要有：(1)Al³⁺进入界面与O^2-化合生成Al₂O₃膜；(2)电解液中的水电离成H⁺及OH^-，OH^-再电离成O^2-(提供上一反应所需)和H⁺；(3)H₂O电离成O^2-的同时，有2个H⁺生成，因为pH值高低决定于H⁺浓度，因此阳极附近得pH值(＜4)就会较低，显酸性会影响氧化膜的稳固生成(稳固生成需pH值为6～8)，必须由电解液中电解质的负离子(己二酸、癸二酸等的负离子根)来中和。Al³⁺进入界面由于有阳极电位的作用是不成问题的，二后两种在化成消耗后O^2-和电解质负离子的及时补充，却要靠他们自身的浓度差扩散来完成。因为浓度差扩散速率要比在电场作用下的例子移动速率小得多，因此他们的扩散是影响效率的重要因素。铝电解电容器老练工艺分为传统的连续直流法和脉冲法。目前国内对铝电解电容器大都采用传统的连续直流电压(恒压法)或电流(恒流法)对铝电解电容器进行老练的方法，或在中高压采取分2～3个台阶电压法，其效率低、效果差，老化时间长达十几个小时。造成生产周期长，设备多，占地面积大，成品率低。脉冲老练法时用一定频率，一定占空比的电压或电流的单向方波脉冲，替代传统的连续直流电压或电流对铝电解电容器进行老练的方法，可大大缩短老练时间，但是，现有技术中的脉冲老练法都是采用矩形波电压的脉冲老练电源装置，在矩形波的高电平期间(2～300秒)内对铝电解电容器充电，在矩形波电压的低电平期间(0.5～3秒)内对铝电解电容器放电，利用其对中高压电容进行老练，仍然没有达到缩短老练时间的明显效果。

发明内容

针对上述提到的现有技术中的传统电容老练仪及老练方法对中高压电解电容不理想的缺点，本实用新型提供一种新的中高压铝电解电容的老练仪，其采用高频脉冲对中高压铝电解电容进行老练。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：一种中高压铝电解电容器大功率高频脉冲老练仪，老练仪包括微处理模块、电压电流可控直流电源模块(以下简称直流电源模块)和开关电路，微处理模块输出控制信号控制直流电源模块工作，直流电源模块工作输出电源给开关电路，微处理模块控制开关电路输出高频脉冲。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

所述的老练仪中还包括检测模块，检测模块检测直流电源模块输出的电压，并输入给微处理模块。

所述的老练仪中还包括输入装置，输入装置通过编码模块输入给微处理模块，所述的老练仪中还包括显示模块，微处理模块输出显示信号驱动显示模块工作。

所述的检测模块通过电阻将电源电压降低到A/D集成电路需要的电压，进行模数转换后输入给微处理模块。

所述的直流电源模块采用三相电压电流可控直流电源模块，微处理模块输出控制信号给两个D/A集成电路进行数模转换后输出电压分别控制直流电源模块的电压和电流使其工作。

所述的开关电路采用大功率开关管IGBT，微处理模块控制IGBT的通断。

所述的老练仪中还包括IGBT管压降保护模块，保护模块连接在IGBT两端，检测IGBT的压降，并将结果输入给微处理模块。

本实用新型的有益效果是：采用本实用新型由于脉冲充电时段电流较大，温升较高及间歇时段的设立，有利于氧化膜组成离子向平衡位置过渡，形成形变、缺陷较少的氧化膜。利用本实用新型对中高压产品进行老练，可使中高压电解电容的老练时间由15小时缩短为5小时，缩短到普通法的1/3，而且，可使高温老练时间从原来的4小时，缩短到1小时，大大节约了用电量，可节约高压产品的生产成本3％～5％。

下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型原理方框图。

图2为本实用新型详细原理框图。

图3为本实用新型输出波形原理图。

具体实施方式

本实施例为本实用新型优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本实用新型保护范围之内。

本实用新型中所指的高频脉冲是指脉冲频率在1Hz以上的脉冲。请参看附图1和附图2，本实用新型的核心模块为一个微处理模块和一个三相电压电流可控直流电源模块。微处理模块(本实施例中，微处理模块采用单片机最小系统)输出控制信号分别经过D/A模块进行数模转换并放大后输入给三相电压电流可控直流电源模块，控制三相电压电流可控直流电源模块的输出电压和电流大小，本实施例中，三相电压电流可控直流电源模块采用600V、20A开关电源模块。该电源模块输出电压给开关电路，本实施例中，开关电路采用大功率开关管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)组成，微处理模块输出控制信号给IGBT驱动模块，由驱动模块驱动IGBT的通断，由IGBT输出高频脉冲方波。本实施例中，由微处理模块控制IGBT管的通断频率，以及IGBT通和断的时间比，来控制IGBT输出脉冲的频率大小和占空比。IGBT上连接有管压降保护模块，本实施例中，管压降保护模块采用分立元器件组成保护电路，通过IGBT的管压降达未达到保护电路的阈值，来判断IGBT是否过流(短路)，并将检测结果输入给微处理模块。当过流(短路)时，控制三相电压电流可控直流电源模块停止供电，以防止IGBT损坏。微处理模块上连接有键盘，作为输入装置，键盘通过编码模块后输入给微处理模块。微处理模块上连接有数据锁存器，数据锁存器上连接有LED灯显示模块，用来显示本实用新型的工作状态，同时数据锁存器上还连接有数码管驱动模块，数码管驱动模块驱动LED数码管显示本实用新型的工作状态电流、电压等。微处理模块通过一个地址译码模块，产生地址译码，控制数据锁存器导通LED灯显示模块还是LED数码管。本实施例中，微处理模块上还连接有RS-232模块，用于与上位机进行通讯。

本实用新型中，由微处理模块调节三相电压电流可控直流电源模块输出电流和电压，可控制本实用新型中老练仪的工作电压和工作电流，通过键盘可进行参数输入，设定铝电解电容器的老练方式。

本实用新型中，还包括老练过程的设定(恒流方式或自动升压方式)、老练的电压电流参数(额定的老练电压、限定的最大电流)、升压时间(在自动升压方式情况下)。在恒流方式，微处理模块以所限定的电流控制直流电源模块和开关电路的通断，提供脉冲电流给铝电解电容器，使之达到额定的老练电压。在自动升压方式，微处理模块中的程序有别于传统的定压或定流老练模式，按照设定的额定老练电压、限定的最大电流、升压时间，形成电压电流控制过程，控制直流电源模块和开关电路提供给铝电解电容器相应的脉冲频率、占空比的电压和电流。在实际使用上，如果所老练的电容器可以不超过限定的最大电流(依赖电容器数量和尺寸规格)，则该老练仪输出给电容器的电压以逐渐上升方式到达额定的老练电压。如果老练的电流超过限定的最大电流，则老练出现两个阶段，在升压的前段，随着电压的上升，电流逐渐加大，直到限定的最大电流；转入升压的后段为恒流方式，保持这个电流，使输出的电压继续上升到电容器上的电压到达额定的老练电压，转入恒压方式。

在整个老练阶段，微处理模块监控着直流电源模块的电压和过流(短路)，如有短路则控制直流电源模块的输出，使输出的电压和电流为零，等待3分钟(排除故障)后继续完成所设定的老练过程。

本实用新型的老练过程和方法为采用老练仪输出频率为1～10000Hz(本实施例中优选为5000Hz由老练者自行选择)，占空比为0.3～0.8(由老练者自行选择本实施例中优选为0.6)的高频脉冲(请参看附图3)对电解电容器进行老练，老练仪输出电压可设定为0～600V(根据具体老练的电解电容器设定)，电流为0～20A。老练过程为先在室温下利用1.5-2.5小时，将老练电压由0V升至设定输出电压对铝电解电容器进行老练，即此过程优选的持续时间为1.5～2.5小时，然后在85℃-115℃的高温下保持设定输出电压对铝电解电容器老练1.0小时，然后再降温至室温保持设定输出电压对铝电解电容器老练0.5小时。本实用新型输出为高频脉冲波形其输出的电流有效值为：

$I_R=I_p\sqrt{\frac{T1}{T0}}$

本实用新型利用高频脉冲对铝电解电容进行老练，脉冲老练是通电加热，间歇冷却相互交替的过程，热积累小，因而允许加较大的电流、电压，脉冲设置间歇时段，提高了修补氧化膜的电化学反应效率。在脉冲间歇时段，由于修补氧化膜所必须的O^2-及羧酸负离子能及时得到扩散补充，才能保证下一轮脉冲通电氧化膜高效修补，同时这个间歇时段，也有利于铝箔腐蚀微孔中的气泡向孔外逸出，保证电解液与氧化膜的良好接触，以保证氧化膜修补的有效进行，避免或减少无效通电，从而缩短老练时间。脉冲通电时段由于电流或电压较大，此时温度也高，提高了修补氧化膜的速度与效率。由于离子在液体或固体中的扩散与迁移速率，受温度影响很大，温度越高速率越快，而氧化膜的生长速率又决定于Al³⁺和O^2-在氧化膜中的扩散与迁移，O^2-和羧酸负离子的补充速度决定于他们在电解液中的扩散与迁移，因此，温度高不仅有利于前二个的提速，而且也有利于气泡从微空中逸出，从而提高氧化膜修复的速度与效率。

经本实用新型老练后的铝电解电容的参数检测试验如下：

表一：两种老练方法下的400V铝电解电容器105℃1000小时负荷寿命试验

表二：两种老练方法下的400V铝电解电容器105℃1000小时存贮寿命试验

表三：两种老练方法下的400V铝电解电容器105℃高温漏电流对比实验

上述表中的数据表明寿命试验的结果，本实用新型老练后与传统工艺老练后的铝电解电容器都能满足105℃要求。

采用本实用新型由于脉冲充电时段电流较大，温升较高及间歇时段的设立，有利于氧化膜组成离子向平衡位置过渡，形成形变、缺陷较少的氧化膜。利用本实用新型对高压产品进行老练，可使高压电解电容的老练时间由15小时缩短为5小时，缩短到普通法的1/3，而且，可使高温老练时间从原来的4小时，缩短到1小时，大大节约了用电量，可节约高压产品的生产成本3％～5％。

Claims (7)

1.一种中高压铝电解电容器大功率高频脉冲老练仪，其特征是：所述的老练仪包括微处理模块、电压电流可控直流电源模块和开关电路，微处理模块输出控制信号控制电压电流可控直流电源模块工作，电压电流可控直流电源模块工作输出电源给开关电路，微处理模块控制开关电路输出高频脉冲。

2.根据权利要求1所述的中高压铝电解电容器大功率高频脉冲老练仪，其特征是：所述的老练仪中还包括检测模块，检测模块检测直流电源模块输出的电压，并输入给微处理模块。

3.根据权利要求1所述的中高压铝电解电容器大功率高频脉冲老练仪，其特征是：所述的老练仪中还包括输入装置，输入装置通过编码模块输入给微处理模块，所述的老练仪中还包括显示模块，微处理模块输出显示信号驱动显示模块工作。

4.根据权利要求1所述的中高压铝电解电容器大功率高频脉冲老练仪，其特征是：所述的检测模块通过电阻将电源电压降低到A/D集成电路需要的电压，进行模数转换后输入给微处理模块。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的中高压铝电解电容器大功率高频脉冲老练仪，其特征是：所述的直流电源模块采用三相电压电流可控直流电源模块，微处理模块输出控制信号给两个D/A集成电路进行数模转换后输出电压分别控制直流电源模块的电压和电流使其工作。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的中高压铝电解电容器大功率高频脉冲老练仪，其特征是：所述的开关电路采用大功率开关管IGBT，微处理模块控制IGBT的通断。

7.根据权利要求6所述的中高压铝电解电容器大功率高频脉冲老练仪，其特征是：所述的老练仪中还包括IGBT管压降保护模块，保护模块连接在IGBT两端，检测IGBT的压降，并将结果输入给微处理模块。

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