一種高壓大容量電容器低頻噪聲測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高壓大容量電容器低頻噪聲測試方法，該高壓大容量電容器低頻噪聲測試方法包括充電階段和測試階段；在充電階段，先由經(jīng)過整流的交流電對電容器進行充電，將其預充到設定的端電壓值，然后切換到具有相同電壓的電池組供電模式；測試階段，電池組在對電容器的保壓過程中，將電容器內(nèi)部的漏電流引出到外電路，通過采集采樣電阻上的噪聲信號，即可測量到電容器內(nèi)部漏電流的低頻噪聲。本發(fā)明能夠準確測量高壓大容量容性元件的低頻噪聲，測量的低頻噪聲時間序列與功率譜能有效反映電容器內(nèi)部缺陷的非穩(wěn)態(tài)變化過程；對高阻介質(zhì)材料與器件低頻噪聲的測量與表征，以及基于低頻噪聲的可靠性保障與篩選技術具有重要意義。
【專利說明】一種高壓大容量電容器低頻噪聲測試方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電容器低頻噪聲測試【技術領域】，尤其涉及一種高壓大容量電容器低頻噪聲測試方法。
【背景技術】
[0002]電容器廣泛應用于各類電子設備中，在理想狀態(tài)下，電容器是無損耗元件，也是無噪聲元件，然而事實上電容器中存在一些損耗機制，導致其無法真正處于平衡態(tài)，從而會產(chǎn)生一定水平的電噪聲，每個電容器都具有一定水平的漏電流，當電容器兩端具有一定電壓時，由于漏電流的存在，會產(chǎn)生低頻噪聲，電容器的低頻噪聲水平過大，不但會影響所在電路的噪聲水平，同時較大的低頻噪聲也意味著電容器的可靠性(壽命)存在問題，曾有人研究了鋁電解電容器低頻噪聲參數(shù)與預期壽命之間的關系，得到了強相關性的結果，根據(jù)低頻噪聲參數(shù)，可以電容器的壽命和可靠性進行無損評估與篩選。
[0003]研究電容器低頻噪聲的首要條件是能夠正確測量低頻噪聲，由于電容器的容性性質(zhì)，其漏電流發(fā)生在器件內(nèi)部的陽極與陰極之間，并不出現(xiàn)在外電路中，測量時需要通過外接電源引出，這時會出現(xiàn)兩個問題，即:以交流供電的普通電源會引入比電解電容器漏電流噪聲更大的紋波和噪聲信號，導致漏電流噪聲信號被掩模；而以電池組供電時因為要對電容器進行充電，從而會表現(xiàn)出電量不足，測試無法長時間進行，同時電池組虧電時，較大的內(nèi)阻會對測量產(chǎn)生不利影響。
[0004]目前國內(nèi)外研究電容器低頻噪聲測量方法的并不多，而且主要以測量低壓小容量電容器為主，由于電容器漏電流噪聲信號相對微弱，測量具有一定難度，因此有必要系統(tǒng)研究電解電容器低頻噪聲的正確測試方法。傳統(tǒng)電容器低頻噪聲測試過程中交流電源供電所引入噪聲過大；以往電容器低頻噪聲測試過程中電池組供電遇到的電量不足的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實施例的目的在于提供一種高壓大容量電容器低頻噪聲測試方法，旨在解決傳統(tǒng)電容器低頻噪聲測試過程中交流電源供電所引入噪聲過大；以往電容器低頻噪聲測試過程中電池組供電遇到的電量不足的問題。
[0006]本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種高壓大容量電容器低頻噪聲測試方法，該高壓大容量電容器低頻噪聲測試方法分為兩個階段，即充電階段和測試階段；
[0007]充電階段:先由經(jīng)過整流的交流電對對電容器進行充電，預充到設定的端電壓值，然后切換到具有相同電壓的電池組供電模式；
[0008]測試階段:電池組在對電容器的保壓過程中，將電容器內(nèi)部的漏電流引出到外電路，通過采集采樣電阻上的噪聲信號，即可測量到電容器內(nèi)部漏電流的低頻噪聲。
[0009]進一步，該高壓大容量電容器低頻噪聲測試的交流耦合測試電路，包括:電源V1、保壓電池組B T1、充電電阻R1、放電電阻R 2、保護電阻R 3、采樣電阻R4、切換開關SI和切換開關S2，待測電容Cl，低頻噪聲信號交流耦合電容C2和C2的放電電容R5。[0010]進一步，交流耦合測試電路的測試方法:先將切換開關SI切換到3端，電源Vl通過電充電電阻Rl和保護電阻R3向待測電容Cl充電，當待測電容Cl上電壓穩(wěn)定后，將切換開關SI切換到2端，此時由保壓電池組BTl、待測電容器Cl和電流取樣保護電阻R3構成測試回路，待測電容Cl內(nèi)的漏電流通過陽極流向陰極，保壓電池組BTl提供電流補充，全部漏電流會通過保護電阻R3返回保壓電池組BTl，此時監(jiān)測保護電阻R3上的電壓和漏電流成比例關系，測試完成后，更換待測電容Cl前要先將切換開關SI切換到4端，通過放電電阻R2阻釋放電荷，取來的電壓信號經(jīng)過低噪聲前置放大器放大之后，送入AD采集單元，在計算機中完成時間序列和功率譜數(shù)據(jù)的存儲與分析。
[0011]本發(fā)明提供的高壓大容量電容器低頻噪聲測試方法，將高壓大容量電容器低頻噪聲測試過程分為兩個階段，即充電階段和測試階段；在充電階段，先由經(jīng)過整流的交流電對對電容器進行充電，將其預充到設定的端電壓值，然后切換到具有相同電壓的電池組供電模式；測試階段，電池組在對電容器的保壓過程中，將電容器內(nèi)部的漏電流引出到外電路，通過采集采樣電阻上的噪聲信號，即可測量到電容器內(nèi)部漏電流的低頻噪聲。本發(fā)明提出的電容器低頻噪聲的測試方法能夠準確測量高壓大容量容性元件的低頻噪聲，測量的低頻噪聲時間序列與功率譜能有效反映電容器內(nèi)部缺陷的非穩(wěn)態(tài)變化過程，克服了傳統(tǒng)電容器低頻噪聲測試過程中交流電源供電所引入噪聲過大的缺點；彌補了以往電容器低頻噪聲測試過程中電池組供電遇到的電量不足的問題；對高阻介質(zhì)材料與器件低頻噪聲的測量與表征，以及基于低頻噪聲的可靠性保障與篩選技術具有重要意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明實施例提供的高壓大容量電容器低頻噪聲測試方法的流程圖；
[0013]圖2是本發(fā)明實施例提供的交流耦合測試電路的連接示意圖；
[0014]圖3是本發(fā)明實施例提供的測量得到的鋁電解電容器樣品的低頻噪聲時間序列示意圖；
[0015]圖4是本發(fā)明實施例提供的測量得到的鋁電解電容器樣品的低頻噪聲功率譜示意圖。
【具體實施方式】
[0016]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0017]下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明的應用原理作進一步描述。
[0018]本發(fā)明將高壓大容量電容器低頻噪聲測試過程分為兩個階段，即充電階段和測試階段；
[0019]SlOl:先由經(jīng)過整流的交流電對對電容器進行充電，將其預充到設定的端電壓值，然后切換到具有相同電壓的電池組供電模式；
[0020]S102:電池組在對電容器的保壓過程中，將電容器內(nèi)部的漏電流引出到外電路，通過采集采樣電阻上的噪聲信號，即可測量到電容器內(nèi)部漏電流的低頻噪聲。
[0021]本發(fā)明的具體步驟為:[0022]本發(fā)明將高壓大容量電容器低頻噪聲測試過程分為兩個階段，即充電階段和測試階段；
[0023]先由經(jīng)過整流的交流電對對電容器進行充電，將其預充到設定的端電壓值，然后切換到具有相同電壓的電池組供電模式；通過電池組對電容器內(nèi)部漏電流的補償作用，將漏電流引出到外電路，并流過采樣電阻，通過采集采樣電阻上的噪聲信號，即可測量到電容器內(nèi)部漏電流的低頻噪聲。
[0024]如圖2所示為本發(fā)明所采用的高壓大容量電容器低頻噪聲的交流耦合測試電路，該測試電路主要由充電電源Vl、保壓電池組BTl、充電電阻Rl、放電電阻R2、保護電阻R3、采樣電阻R4、切換開關SI和S2，待測電容Cl，低頻噪聲信號交流耦合電容C2和C2的放電電容R5構成；
[0025]考慮測試器件為高壓大容量電容器，測試電源采用快充電源和低噪聲電池組切換方式工作，測試時保證兩個電壓源的電壓基本相同，測試開始時先將SI切換到3端，Vl電源通過Rl電阻和R3電阻向待測電容器Cl充電，當電容器Cl上電壓穩(wěn)定后，將開關SI切換到2端，此時由電池組BTl、待測電容器Cl和電流取樣電阻R3構成測試回路，待測電容器內(nèi)的漏電流通過陽極流向陰極，BTl提供電流補充，全部漏電流會通過R3返回BT1，此時監(jiān)測R3上的電壓和漏電流成比例關系，測量過程中漏電流穩(wěn)定需要一定時間，這主要取決于電容器的端電壓、容量以及回路串聯(lián)電阻，S2和R5構成對隔直流電容C2的直流快速放電回路，用以保證測試端直流電位快速歸零，測試完成后，更換Cl電容器前要先將SI切換到4端，通過R2電阻釋放電荷，取來的電壓信號經(jīng)過低噪聲前置放大器放大之后，送入AD采集單元，在計算機中完成時間序列和功率譜數(shù)據(jù)的存儲與分析。
[0026]結合以下的測試和結果對本發(fā)明的應用效果做補充說明:
[0027]實驗測試時采用的電容器樣品為AishilOO μ F/400V鋁電解電容器，測試時最高電壓為390V，當然電壓也可以為400V甚至更高，主要由快沖電源電壓、電池組電壓和電容器耐壓值決定，如圖3所示為測量得到的鋁電解電容器樣品的低頻噪聲時間序列，從圖3可以看出，鋁電解電容器低頻噪聲時間序列與半導體器件如MOSFET的典型低頻噪聲時間序列非常相似，如圖4所示為測量得到的鋁電解電容器樣品的低頻噪聲功率譜，測量鋁電解電容器低頻噪聲功率譜時，采用了 10次平均的方法，從圖4中可以看出，在20Hz以下的范圍內(nèi)，測量的鋁電解電容器低頻噪聲功率譜近似為噪聲，頻率因子也近似為1，在20Hz以上的頻率范圍內(nèi)，功率譜近似為熱噪聲功率譜，圖4所示的結果與相關模型給出的鋁電解電容器低頻噪聲的功率譜的特性一致。
[0028]本發(fā)明提出的電容器低頻噪聲的測試方法能夠準確測量高壓大容量容性元件的低頻噪聲，測量的低頻噪聲時間序列與功率譜能有效反映電容器內(nèi)部缺陷的非穩(wěn)態(tài)變化過程。
[0029]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種高壓大容量電容器低頻噪聲測試方法，其特征在于，該高壓大容量電容器低頻噪聲測試方法分為兩個階段，即充電階段和測試階段； 充電階段:先由經(jīng)過整流的交流電對電容器進行充電，預充到設定的端電壓值，然后切換到具有相同電壓的電池組供電模式； 測試階段:電池組在對電容器的保壓過程中，將電容器內(nèi)部的漏電流引出到外電路，通過采集采樣電阻上的噪聲信號，即可測量到電容器內(nèi)部漏電流的低頻噪聲。
2.如權利要求1所述的高壓大容量電容器低頻噪聲測試方法，其特征在于，該高壓大容量電容器低頻噪聲測試的交流耦合測試電路，包括:電源V1、保壓電池組BT1、充電電阻R1、放電電阻R2、保護電阻R3、采樣電阻R4、切換開關SI和切換開關S2，待測電容Cl，低頻噪聲信號交流耦合電容C2和C2的放電電容R5。
3.如權利要求2所述的高壓大容量電容器低頻噪聲測試方法，其特征在于，交流耦合測試電路的測試方法:先將切換開關SI切換到3端，電源Vl通過電充電電阻Rl和保護電阻R3向待測電容Cl充電，當待測電容Cl上電壓穩(wěn)定后，將切換開關SI切換到2端，此時由保壓電池組BTl、待測電容器Cl和電流取樣保護電阻R3構成測試回路，待測電容Cl內(nèi)的漏電流通過陽極流向陰極，保壓電池組BTl提供電流補充，全部漏電流會通過保護電阻R3返回保壓電池組BTl，此時監(jiān)測保護電阻R3上的電壓和漏電流成比例關系，測試完成后，更換待測電容Cl前要先將切換開關SI切換到4端，通過放電電阻R2阻釋放電荷，取來的電壓信號經(jīng)過低噪聲前置放大器放大之后，送入AD采集單元，在計算機中完成時間序列和功率譜數(shù)據(jù)的存儲與分析。
【文檔編號】G01R29/26GK103954852SQ201410213334
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月19日 優(yōu)先權日:2014年5月19日
【發(fā)明者】馬中發(fā), 吳勇, 張鵬 申請人:西安電子科技大學