[发明专利]一种纹波电流产生方法与电路

说明书

技术领域

本发明涉及高频纹波电流的产生，特别涉及用于测试电解电容的高频纹波电流的产生。

背景技术

目前，开关电源应用很多，对于输入功率在75W以下，对功率因素(PF，PowerFactor，也称功率因数)不作要求的场合，反激式(Fly-back)开关电源具有迷人的优势：电路拓扑简单，输入电压范围宽。反激式开关电源由于元件少，电路的可靠性相对就高，所以应用很广，为了方便，很多文献简称为反激开关电源。常见的拓扑如图1所示，该图原型来自张兴柱博士所著的书号为ISBN978-7-5083-9015-4的《开关电源功率变换器拓扑与设计》第60页，该书在本文中简称为：参考文献一。由整流桥101、滤波电路200、以及基本反激拓扑单元电路300组成，实用的电路在整流桥前还加有EMI(ElectromagneticInterference)等保护电路，以确保反激开关电源的电磁兼容性达到使用要求。

滤波电路200一般由电解电容CL构成，随着工业领域中智能化系统的推广，小功率反激式开关电源向各个领域渗透，而其不足之处也随之体现出来，因为使用了电解电容CL，而该电解电容的特性也因此限制了图1反激式开关电源的用途，众所周知，电容CL经常为400V耐压的电解电容，而耐压大于250V的电解电容，其低温一般只能工作到-25℃。即在-40℃的环境下，如东北三省、新彊、以及高纬度的国家与地区，小功率反激式开关电源的使用变得棘手，当然，可以使用如CBB这种CBB薄膜电容来滤波，但体积过大，且成本过高。

设计一个开关电源时，经常面临该电解电容的寿命问题，而它的寿命一般由耐压、等效串联电阻(ESR，是EquivalentSeriesResistance的缩写)、纹波电流(Ripplecurrent)、损耗角(tgδ)等因素所决定，特别是最大纹波电流，又称为最大允许纹波电流，即额定纹波电流(IRAC)，其定义为：在最高工作温度条件下电容器最大所能承受的交流纹波电流有效值。并且指定的纹波电流为标准频率(一般为100Hz-120Hz)的正弦波绝对值。

电解电容在使用时，出现特殊的纹波电流，充电时，为交流电达到接近电压峰值时产生的充电电流，这在授权公告号CN102594175B的说明书0008段中有充分的说明；充电的电流频率为交流电的频率的两倍，为低频脉动直流电；而在放电时，是高频纹波电流，基本上为反激式开关电源的功率级的激磁电流，若是电流断续模式，波形为三角波。上述的《开关电源功率变换器拓扑与设计》第162页的图10-9(b)有展现，由于为公知技术，这里不再用图形展示。

即，电解电容在反激式开关电源中作为输入整流滤波电容使用时，其纹波电流是：充电为低频脉动直流电流，放电为高频纹波电流放电。

由于目前没有有效的测试方法、仪器来管控或验证电解电容额定纹波电流，所以很多反激式开关电源达不到使用寿命，比如，标称为450BXC47MEFC18×25的进口电解电容，标称耐压450V，纹波电流为1200mA，105℃寿命为12000小时的电解电容，应用于15W输出的反激式开关电源上，效率为85％，工作电压220VAC，实测纹波电流为59mA，在高温85℃环境下，结果仅工作93天，即2230小时，该电解电容就已经失效。更换该电解电容及相关损坏器件后，开关电源仍可正常工作。

即使在其它的应用场合，如带有PFC功能的大功率开关电源，先由BOOST电路升至380V，对电解电容充电，得到较为平滑的直流电，再对双管正激或LLC变换器供电，同样，对该电解电容的纹波电流的管控、了解，有助于掌握产品的预期设计寿命。