专利名称：一种串联电容检测方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及电容技术领域，尤其涉及一种串联电容检测方法和设备。
背景技术：
超级电容是一种电容值比较大的器件，它和普通的电容一样具有快速充电和快速放电的特性，也和电池一样具有储存电能的特性。超级电容的电容值比较大，但是它的耐压值却比较低，即超级电容能够承受的电压值比较低，一般为2V到3V，而目前，大多用电设备对电压的要求要高于3V，若用超级电容为用电设备提供电能，就需要将多个超级电容串联起来组成超级电容模块来增加超级电容的耐压值。当超级电容串联成超级电容模块时，超级电容模块中任何一个超级电容处于短路状态，将会使超级电容模块中的其他超级电容的电压上升，甚至超过其耐压值而导致该超级电容失效；其中任何一个超级电容处于开路状态，将使整个串联回路丧失回流路径，而导致超级电容失去放电能力；其中任何一个超级电容处于容值老化状态，将使该超级电容的电压上升，甚至超过其耐压值而导致该超级电容失效，所以检测电容在串联应用时的状态尤为重要。需要说明的是，容值老化是指电容使用一段时间后，电容的电容值较初始电容值减小的状态。现有技术中，对串联电容进行检测时，首先要用备用电容对串联电容中的电容进行替换，然后检测被代替的电容是否失效，重复上述过程直至串联电容中的所有电容都检测完毕，但是，串联电容在应用时的可靠性由串联电容能够处于正常工作状态的概率来决定，而上述电容检测方法需要用备用电容逐一对串联电容中的各个电容进行替换，再对被代替的电容进行检测，测试周期长，电容检测设备无法及时地检测到失效电容，使串联电容无法快速恢复正常工作状态，因此电容在串联应用时的可靠性较低。
发明内容
本发明实施例提供了一种串联电容检测方法和设备，能够提高电容串联应用时的
可靠性。为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案:第一方面，本发明实施例提供了一种串联电容检测方法，包括:对串联电容中的各个电容同时进行检测；判断所述串联电容中是否存在失效电容，所述失效电容为处于短路状态、开路状态或容值老化状态的电容；在所述串联电容中存在失效电容时，用备用电容替换所述失效电容。在结合第一方面的第一种可能的实现方式，所述对串联电容中的各个电容同时进行检测包括:同时对所述串联电容中的各个电容的正、负极的电压值进行检测。结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述判断所述串联电容中是否存在失效电容包括:若所述串联电容中存在正、负极的电压值相等的电容，判断所述正、负极的电压值相等的电容为处于短路状态的失效电容。结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述判断所述串联电容中是否存在失效电容包括:在所述串联电容充电完成后，若所述串联电容中存在电压值有波动的电容，判断所述正极的电压值有波动、负极的电压值不变的电容为处于开路状态的失效电容，所述电压值有波动是指在充电后正常电压值的基础上有超出正常电压变化范围的电压值变化；或在停止对所述串联电容充电，并对所述串联电容放电后，若所述串联电容中存在在预设时间段内正极的电压值有超出预设范围的下降且负极的电压值不变的电容，判断所述在预设时间段内正极的电压值有超出预设范围的下降且负极的电压值不变的电容为处于开路状态的失效电容。结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述判断所述串联电容中是否存在失效电容包括:在所述串联电容充电过程中，若所述串联电容中存在正极电压值等于稳态阈值、负极电压值为O的电容，判断所述正极电压值等于稳态阈值、负极电压值为O的电容为处于开路状态的失效电容。结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述判断所述串联电容中是否存在失效电容包括:在所述串联电容充电完成后，控制所述串联电容中的k个串联的电容放电，其中，所述串联电容中包括η个电容，η≥2，2≤k≤η;根据所述k个串联的电容的放电时间、放电的起始电压和放电的终止电压获得所述k个串联的电容的电容值；旁路所述k个串联的电容中的一个待测电容得到k-Ι个串联的电容；控制所述k-Ι个串联的电容放电；根据所述k-Ι个串联的电容的放电时间、放电的起始电压和放电的终止电压获得所述k-Ι个串联的电容的电容值；根据所述k个串联的电容的电容值和所述k-Ι个串联的电容的电容值获得所述待测电容的测量电容值；将所述待测电容的测量电容值与所述待测电容的可用电容值阈值进行比较，所述可用电容值阈值是指电容处于可用状态的最低电容值；若所述待测电容的测量电容值小于所述电容的可用电容值阈值，判断所述待测电容处于容值老化状态。第二方面，本发明实施例提供了一种串联电容检测设备，包括:检测单元，用于对串联电容中的各个电容同时进行检测；判断单元，用于根据所述检测单元的检测结果判断所述串联电容中是否存在失效电容，所述失效电容为处于短路状态、开路状态或容值老化状态的电容；控制单元，用于在所述判断单元判断所述串联电容中存在失效电容时，用备用电容替换所述失效电容。
在结合第二方面的第一种可能的实现方式中，所述检测单元具体用于:同时对所述串联电容中的各个电容的正、负极的电压值进行检测。结合第二方面或第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述串联电容检测设备还包括:二次电源，所述二次电源与所述串联电容连接，用于对所述串联电容充电。结合第二方面或第二方面的第一种或第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述判断单元具体用于:若所述串联电容中存在正、负极的电压值相等的电容，判断所述正、负极的电压值相等的电容为处于短路状态的失效电容。结合第二方面或第二方面的第一种或第二种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述判断单元具体用于:在所述串联电容充电完成后，若所述串联电容中存在电压值有波动的电容，判断所述正极的电压值有波动、负极的电压值不变的电容为处于开路状态的失效电容，所述电压值有波动是指在充电后正常电压值的基础上有超出正常电压变化范围的电压值变化；或者，在停止对所述串联电容充电，并对所述串联电容放电后，若所述串联电容中存在在预设时间段内正极的电压值有超出预设范围的下降且负极的电压值不变的电容，判断所述在预设时间段内正极的电压值有预设范围的下降且负极的电压值不变的电容为处于开路状态的失效电容。结合第二方面或第二方面的第一种或第二种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述判断单元具 体用于:在所述串联电容充电过程中，若所述串联电容中存在正极电压值等于稳态阈值、负极电压值为O的电容，判断所述正极电压值等于稳态阈值、负极电压值为O的电容为处于开路状态的失效电容。结合第二方面或第二方面的第一种或第二种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述判断单元具体用于:在所述串联电容充电完成后，控制所述串联电容中的k个串联的电容放电，其中，所述串联电容包括η个电容，η彡2，2彡k彡η;根据所述k个串联的电容的放电时间、放电的起始电压和放电的终止电压获得所述k个串联的电容的电容值；旁路所述k个串联的电容中的一个待测电容得到k-Ι个串联的电容；控制所述k-Ι个串联的电容放电；根据所述k-Ι个串联的电容的放电时间、放电的起始电压和放电的终止电压获得所述k-Ι个串联的电容的电容值；根据所述k个串联的电容的电容值和所述k-Ι个串联的电容的电容值获得所述待测电容的测量电容值；将所述待测电容的测量电容值与所述待测电容的可用电容值阈值进行比较；若所述待测电容的测量电容值小于所述电容的可用电容值阈值，判断所述待测电容处于容值老化状态。第三方面，本发明实施例提供了一种串联电容检测设备，所述串联电容检测设备与串联电容连接，所述串联电容中包括η个电容，η ≥ 2 ；所述串联电容检测设备包括:至少一个复杂可编程逻辑器件CPLD，所述CPLD用于对串联电容中的各个电容同时进行检测，判断所述串联电容中是否存在失效电容，所述失效电容为处于短路状态、开路状态或容值老化状态的电容，在所述串联电容中存在失效电容时，控制用备用电容替换所述失效电容。在结合第三方面的第一种可能的实现方式中，所述CPLD包括m个模拟数字转换器ADC管脚，所述m个ADC管脚分别与所述串联电容中的η个电容的正、负极连接，其中，所述CPLD的m个ADC管脚中的第x个ADC管脚和第x+1个ADC管脚分别与所述串联电容中的第X个电容的负极和正极连接，用于同时对所述串联电容中的第X个电容的负极的电压值和正极的电压值进行检测，所述2 ≤ m ≤η,所述I ≤ X ≤ m。结合第三方面或第三方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述CPLD具体用于:若所述串联电容中存在正、负极的电压值相等的电容，判断所述正、负极的电压值相等的电容为处于短路状态的失效电容。结合第三方面或第三方面的第一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述CPLD具体用于:在所述串联电容充电完成后，若所述串联电容中存在电压值有波动的电容，判断所述正极的电压值有波动、负极的电压值不变的电容为处于开路状态的失效电容，所述电压值有波动是指在充电后正常电压值的基础上有超出正常电压变化范围的电压值变化；或在停止对所述串联电容充电，并对所述串联电容放电后，若所述串联电容中存在在预设时间段内正极的电压值有超出预设范围的下降且负极的电压值不变的电容，判断所述在预设时间段内正极的电压值有超出预设范围的下降且负极的电压值不变的电容为处于开路状态的失效电容。结合第三方面或第三方面的第一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述CPLD具体用于:在所述串联电容充电过程中，若所述串联电容中存在正极电压值等于稳态阈值、负极电压值为O的电容，判断所述正极电压值等于稳态阈值、负极电压值为O的电容为处于开路状态的失效电容。结合第三方面或第三方面的第一种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述CPLD具体用于:在所述串联电容充电完成后，控制所述串联电容中的k个串联的电容放电，其中，所述串联电容中包括n个电容，n≥2，2≤k≤n;根据所述k个串联的电容的放电时间、放电的起始电压和放电的终止电压获得所述k个串联的电容的电容值；旁路所述k个串联的电容中的一个待测电容得到k-Ι个串联的电容；控制所述k-Ι个串联的电容放电；根据所述k-Ι个串联的电容的放电时间、放电的起始电压和放电的终止电压获得所述k-Ι个串联的电容的电容值；
根据所述k个串联的电容的电容值和所述k-Ι个串联的电容的电容值获得所述待测电容的测量电容值；将所述待测电容的测量电容值与所述待测电容的可用电容值阈值进行比较，所述可用电容值阈值是指电容处于可用状态的最低电容值；若所述待测电容的测量电容值小于所述电容的可用电容值阈值，判断所述待测电容处于容值老化状态。结合第三方面至第三方面的第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述检测设备还包括:η个P沟道金属氧化物半导体PM0S，每个PMOS分别与所述CPLD的通用输入输出GPIO管脚、所述串联电路中的一个电容连接，用于在所述串联电容中存在失效电容时，由所述CPLD通过GPIO管脚控制导通，使所述失效电容旁路；N沟道金属氧化物半导体NM0S，所述NMOS与所述CPLD的GP I O管脚、备用电容连接，用于在所述串联电容中存在失效电容时，由所述CPLD通过GPIO管脚控制截止，用所述备用电容替换所述失效电容；则，所述CPLD，还用于通过GPIO管脚在所述串联电容中存在失效电容时，控制所述PMOS导通使所述失效电容旁路，控制所述NMOS截止用所述备用电容替换所述失效电容。结合第三方面至第三方面的第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述检测设备还包括:直流对直流电源DC-DC，所述DC-DC —端与所述CPLD的GPIO管脚连接，另一端与所述串联电容连接，用于在所述CPLD的GPIO管脚的控制下对所述串联电容充电。结合第三方面至第三方面的第七种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，所述检测设备还包括:双极结晶体管BJT，所述BJT的基极与所述CPLD的管脚GPIO连接，所述BJT的发射极接地，所述BJT的集电极与所述串联电容连接，用于控制所述串联电容放电。 本发明实施例提供的一种串联电容检测方法和设备，对串联电容中的各个电容同时进行检测，判断所述串联电容中是否存在失效电容，所述失效电容为处于短路状态、开路状态或容值老化状态的电容；在所述串联电容中存在失效电容时，用备用电容替换所述失效电容，相对于现有技术，不是用备用电容逐一对串联电容中的各个电容进行替换，再对被代替的电容进行检测，而是对串联电容中的各个电容同时进行检测，当检测到失效电容时，用备用电容替换失效电容，可以及时的检测到失效电容并用备用电容替换失效电容，使串联电容快速恢复正常工作状态，因此，提高了电容串联应用时的可靠性。
图1为本发明实施例1提供的一种串联电容检测方法流程图；图2为本发明实施例1提供的一种检测串联电容中是否存在处于短路状态的失效电容的方法流程图；图3为本发明实施例1提供的一种串联电容检测设备示意图；图4为本发明实施例1提供的一种检测串联电容中是否存在处于开路状态的失效电容的方法流程图5为本发明实施例1提供的一种串联电容中存在处于开路状态的失效电容的波形图；图6为本发明实施例1提供的另一种串联电容中存在处于开路状态的失效电容的波形图；图7为本发明实施例1提供的一种检测串联电容中是否存在处于容值老化状态的失效电容的方法流程图；图8为本发明实施例1提供的一种在串联电容充电过程中检测串联电容中是否存在处于短路状态的失效电容的方法流程图；图9为本发明实施例1提供的一种在串联电容充电过程中检测串联电容中是否存在处于开路状态的失效电容的方法流程图；图10为本发明实施例2提供的另一种串联电容检测设备示意图；图11为本发明实施例2提供的又一种串联电容检测设备示意图；图12为本发明实施例2提供的再一种串联电容检测设备示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1:本发明实施例提供了一种串联电容检测方法，如图1所示，包括:101、串联电容检测设备对串联电容中的各个电容同时进行检测。优选的，所述串联电容检测设备同时对所述串联电容中的各个电容的正、负极的电压值进行检测。102、串联电容检测设备判断所述串联电容中是否存在失效电容，所述失效电容为处于短路状态、开路状态或容值老化状态的电容。优选的，在所述串联电容充电过程中或在所述串联电容充电完成后，都可以根据串联电容中是否存在正、负极的电压值相等的电容，来判断所述正、负极的电压值相等的电容为处于短路状态的失效电容。需要说明的是，在所述串联电容充电过程中，由于串联电容正在充电，所以串联电容中的各个串联的电容的电压值小于稳态阈值，在所述串联电容充电完成后，由于串联电容的充电过程已经完成，所以串联电容中的各个串联的电容的电压值小于或等于稳态阈值，两种状态下的电压值不相等。稳态阈值是指串联电容在充电过程中达到的最大电压值。因此，在所述串联电容充电过程中或在所述串联电容充电完成后都可以根据串联电容中是否存在正、负极的电压值相等的电容，即存在正、负极间的电压为O的电容，来判断所述正、负极的电压值相等的电容为处于短路状态的失效电容。具体的，在所述串联电容充电过程中或在所述串联电容充电完成后，若所述串联电容中存在正、负极的电压值相等的电容，判断所述正、负极的电压值相等的电容为处于短路状态的失效电容。优选的，在所述串联电容充电完成后，若所述串联电容中存在电压值有波动的电容，判断所述正极的电压值有波动、负极的电压值不变的电容为处于开路状态的失效电容，电压值有波动是指在充电后正常电压值的基础上有超出正常电压变化范围的电压值变化，即电压值与原来的电压值的差值超出正常变化范围，例如，某电容正极的电压值在充电完成后，电压值应不变，正常情况下，其电压值的变化范围不应超出原来的电压值的±5%，若电压与原来的电压值的差值超过原来电压值的5%，则可以认为该电容的电压值有超出正常电压变化范围的电压值变化，即出现了波动。或在停止对所述串联电容充电，并对所述串联电容放电后，若所述串联电容中存在在预设时间段内正极的电压值有超出预设范围的下降且负极的电压值不变的电容，判断所述在预设时间段内正极的电压值有超出预设范围的下降且负极的电压值不变的电容为处于开路状态的失效电容。优选的，在所述串联电容充电过程中，若所述串联电容中存在正极电压值等于稳态阈值、负极电压值为O的电容，判断所述正极电压值等于稳态阈值、负极电压值为O的电容为处于开路状态的失效电容。优选的，在所述串联电容充电完成后，控制所述串联电容中的k个串联的电容放电，其中，所述串联电容中包括η个电容，n ^ 2,2 ^ k ^ η ;根据所述k个串联的电容的放电时间、放电的起始电压和放电的终止电压获得所述k个串联的电容的电容值；旁路所述k个串联的电容中的一个待测电容得到k-Ι个串联的电容；控制所述k-Ι个串联的电容放电；根据所述k-Ι个串联的电容的放电时间、放电的起始电压和放电的终止电压获得所述k-1个串联的电容的电容值；根据所述k个串联的电容的电容值和所述k-Ι个串联的电容的电容值获得所述待测电容的测量电容值；将所述待测电容的测量电容值与所述待测电容的可用电容值阈值进行比较，所述可用电容值阈值是指电容处于可用状态的最低电容值；若所述待测电容的测量电容值小于所述电容的可用电容值阈值，判断所述待测电容处于容值老化状态。103、在所述串联电容中存在失效电容时，串联电容检测设备用备用电容替换所述失效电容。`这样一来，对串联电容中的各个电容同时进行检测，判断所述串联电容中是否存在失效电容，所述失效电容为处于短路状态、开路状态或容值老化状态的电容；在所述串联电容中存在失效电容时，用备用电容替换所述失效电容，相对于现有技术，不是用备用电容逐一对串联电容中的各个电容进行替换，再对被代替的电容进行检测，而是对串联电容中的各个电容同时进行检测，当检测到失效电容时，用备用电容替换失效电容，可以及时的检测到失效电容并用备用电容替换失效电容，使串联电容快速恢复正常工作状态，因此，提高了电容串联应用时的可靠性。需要说明的是，供电电源和串联电容都可以与用电设备导通，向用电设备提供电能，一般情况下供电电源与用电设备导通，向用电设备提供电能，此时供电电源的电压值大于串联电容的电压值，当所述供电电源出现故障，如供电电源的电压值小于串联电容的电压值时，串联电容与所述用电设备导通，向所述用电设备提供电能，此时的串联电容为充电完成状态，即完成了充电过程。因此就需要对所述串联电容中各个串联的电容进行检测，通过检测结果来判断该串联电容中是否存在处于短路状态、开路状态和容值老化状态的失效电容，来保证串联电容能够正常向所述用电设备提供电能。具体的，本发明实施例还提供了一种串联电容检测方法，如图2所示，包括:
本发明实施例图2中假设以图3所示的串联电容检测设备来检测串联电容中是否存在失效电容。在图3中，串联电容检测设备包括:一个CPLD (Complex Programmable LogicDevice,复杂可编程逻辑器件)，所述 CPLD 的 6 个 ADC (Analog to Digital Converter,模拟数字转换器)管脚为 ADC5、ADC4、ADC3、ADC2、ADC1 和 ADC0，所述 ADC5、ADC4、ADC3、ADC2、ADCl和ADCO分别与串联电容中的5个电容C5、C4、C3、C2和Cl的正、负极连接，例如，所述CPLD的6个ADC管脚中的第3个ADC管脚ADC3和第4个ADC管脚ADC4分别与该串联电容中的第4个电容C4的负极和正极连接，用于同时对第4个电容C4的负极的电压值和正极的电压值进行检测。5 个 PMOS (Positive channel Metal Oxide Semiconductor, P 沟道金属氧化物半导体)为Q5、Q4、Q3、Q2和Q1，所述Q5、Q4、Q3、Q2和Ql的栅极G分别与CPLD的5个GPIO (General Purpose Input/Output，通用输入输出)管脚 GP105、GP104、GP103、GP102 和GP101连接，所述Q5、Q4、Q3、Q2和Ql的源极S分别与串联电容中的5个电容C5、C4、C3、C2和Cl的正极连接，所述Q5、Q4、Q3、Q2和Ql的漏极D分别与串联电容中的5个电容C5、C4、C3、C2和Cl的负极连接，用于在所述串联电容中存在失效电容时，所述CPLD通过GPIO管脚控制与失效电容的正、负极相连的所述PMOS导通，使所述失效电容旁路。一个备用电容CO，用于在串联电容中存在失效电容时，替换所述失效电容。一个NMOS (Negative channel Metal Oxide Semiconductor, N沟道金属氧化物半导体)为Q0，所述QO的栅极G与所述CPLD的GP100管脚连接，所述QO的源极S与备用电容CO的正极连接，所述QO的漏极D与备用电容CO的负极连接，用于在所述串联电容中存在失效电容时，所述CPLD通过GP100管脚控制所述NMOS QO截止，使所述备用电容替换所述失效电容。一个 DC-DC (direct current to direct current,直流对直流电源)，该 DC-DC 的一端与所述CPLD的第7个GPIO管脚GP106连接，另一端与5个串联电容连接，在图3中，该DC-DC的另一端与电容C5的正极连接，用于在所述CPLD的管脚GP106的控制下对该串联电容充电。一个 BJT (Bipolar Junction Transistor,双极结晶体管)，该 BJT 的基极 B 与所述CPLD的第8个GPIO管脚GP107连接，所述BJT的发射极E接地，所述BJT的集电极C与串联电容连接，在图3中，该BJT的集电极C与电容C5的正极连接，用于控制所述串联电容放电。需要说明的是，图3中的备用电容也可以存在多个，存在的个数可以与串联电容中的电容的个数相等。图3中的电容按照CO、Cl、C2、C3、C4、C5的顺序依次连接，CO的负极接地，C5的正极接DC-DC的输出，仅作为示例，实际应用时也可以采用其他的连接顺序。当然，本实施例中GP10、ADC、电容、PMOS的个数也仅是作为示例，具体应用时可以根据实际
需要选择合适的数量。在串联电容充电完成后，本发明实施例图2中以图3所示的串联电容检测设备来检测串联电容中是否存在处于短路状态的失效电容，具体步骤如下:201、CPLD通过GP106管脚控制DC-DC开启，使串联电容充电，直至充电完成。202、CPLD的6个ADC管脚同时对串联电容中的5个电容的正、负极的电压值进行检测。
具体的，如图3所示，在串联电容充电完成后，CPLD的6个ADC管脚ADC5、ADC4、ADC3、ADC2、ADC1和ADCO分别对串联电容中的5个电容C5、C4、C3、C2和Cl的正、负极的电压值进行检测，其中，管脚ADC5检测的是电容C5的正极的电压值，将该电压值记为V5 ;管脚ADC4检测的是电容C5的负极和电容C4的正极的电压值，将该电压值记为V4 ;管脚ADC3检测的是电容C4的负极和电容C3的正极的电压值，将该电压值记为V3 ;管脚ADC2检测的是电容C3的负极和电容C2的正极的电压值，将该电压值记为V2 ;管脚ADCl检测的是电容C2的负极和电容Cl的正极的电压值，将该电压值记为Vl ;管脚ADCO检测的是电容Cl的负极的电压值，将该电压值记为V0。203、若所述串联电容中存在正、负极的电压值相等的电容，判断所述正、负极的电压值相等的电容为处于短路状态的失效电容。示例的，当电容C5、C4、C3、C2和Cl正常工作时，假设C5的正极的电压V5为12V，因为电容在串联应用中会有均压电路给电容进行均压，所以在正常工作时，ADC5到ADCO检测到的电压，即V5至VO应该分别为12V、9.6V、7.2V、4.8V、2.4V和0V，若该串联电容在工作过程中，ADC5到ADCO检测到的电压分别为12V、9V、9V、6V、3V和0V，ADC4检测到的电压值V4和ADC3检测到的电压值V3相等，即该串联电容中存在正、负极的电压值相等的电容C4，判断所述正、负极的电压值相等的电容C4为处于短路状态的失效电容。204、CPLD通过GPIOO管脚控制NMOS QO导通，用备用电容CO替换所述失效电容。示例的，假设所述失效电容为C5，用备用电容CO替换所述失效电容C5的过程具体为:CPLD通过GP105管脚控制所述PMOS Q5的源极S与失效电容C5的正极导通，控制所述PMOS Q5的漏极D与失效电容C5的负极导通，串联电容中的电流依次通过PMOS Q5的源极S，栅极G和漏极D从电容C4的正极流入串联电容，使失效电容C5旁路，CPLD通过GPIOO管脚控制NMOS QO的源极S与备用电容CO的正极截止，控制所述NMOS QO的漏极D与备用电容CO的负极截止，串联电容中的电流直接从备用电容CO的正极流入，使备用电容CO接入串联电容，用备用电容CO替换失效电容C5。这样一来，采用图3所示的串联电容检测设备来检测串联电容中是否存在处于短路状态的失效电容，当串联电容中存在处于短路状态的失效电容时，用备用电容替换所述处于短路状态的失效电容，可以及时的检测到处于短路状态的失效电容并用备用电容替换处于短路状态的失效电容，使串联电容快速恢复正常工作状态，因此，提高了电容串联应用时的可靠性。本发明实施例还提供了一种串联电容检测方法，如图4所示，包括:在串联电容充电完成后，本发明实施例图4中仍假设以图3所示的串联电容检测设备来检测串联电容中是否存在处于开路状态的失效电容。401、CPLD通过GP106管脚控制DC-DC开启，使串联电容充电，直至充电完成。402、CPLD的6个ADC管脚同时对串联电容中的5个电容的正、负极的电压值进行检测。具体的，以图3所示，在串联电容充电完成后，用CPLD的6个ADC管脚ADC5、ADC4、ADC3、ADC2、ADC1和ADCO分别对串联电容中的5个电容C5、C4、C3、C2和Cl的正、负极的电压值进行检测，其中，管脚ADC5检测的是电容C5的正极的电压值，将该电压值记为V5 ;管脚ADC4检测的是电容C5的负极和电容C4的正极的电压值，将该电压值记为V4 ;管脚ADC3检测的是电容C4的负极和电容C3的正极的电压值，将该电压值记为V3 ;管脚ADC2检测的是电容C3的负极和电容C2的正极的电压值，将该电压值记为V2 ;管脚ADCl检测的是电容C2的负极和电容Cl的正极的电压值，将该电压值记为Vl ;管脚ADCO检测的是电容Cl的负极的电压值，将该电压值记为V0。403、若所述串联电容中存在电压值有波动的电容，判断所述正极的电压值有波动，负极的电压值不变的电容为处于开路状态的失效电容，所述电压值有波动是指在充电后正常电压值的基础上有超出正常电压变化范围的电压值变化。示例的，若以图3所示的检测电路对串联电容进行检测，当CPLD的6个ADC管脚ADC5、ADC4、ADC3、ADC2、ADC1和ADCO分别对串联电容中的5个电容C5、C4、C3、C2和Cl的正、负极的电压值进行检测时，若ADC5、ADC4、ADC3、ADC2、ADC1和ADCO检测到的电压值V5、V4、V3、V2、Vl和VO中的某个电压值有波动，判断所述正极的电压值有波动，负极的电压值不变的电容为处于开路状态的失效电容。示例的，如图5所示，为电容C3处于开路状态时CPLD的6个ADC管脚ADC5、ADC4、ADC3、ADC2、ADCl和ADCO分别对串联电容中的5个电容C5、C4、C3、C2和Cl的正、负极的电压值检测的结果图，图中横轴为检测时间t，纵轴为检测的电压值V，在tl至t2时间段内电容C4和C3的电压值有波动，电容C2和Cl的电压值基本不变。可以判断正极的电压值有波动，负极的电压值不变的电容C3为处于开路状态的失效电容。由于串联电容中电容的电压值的波动一般较小，所以根据电压值是否有波动来判断串联电容中是否存在处于开路状态的失效电容仅作为实施例中的一种测试方法，判断的结果可能不够准确。此外，除了 401 403所提供的方法，本发明实施例还提供了另一种判断串联电容中是否存在处于开路状态的失效电容的方法，该方法为:在停止对所述串联电容充电，并对所述串联电容放电后，若所述串联电容中存在预设时间段内正极的电压值有超出预设范围的下降且负极的电压值不变的电容，判断所述在预设时间段内正极的电压值有超出预设范围的下降且负极的电压值不变的电容为处于开路状态的失效电容。具体的，在CPLD通过GP106管脚控制DC-DC关断，停止对串联电容充电，并且CPLD通过GP107管脚控制BJT导通，使串联电容放电后，然后在预设时间段内观察CPLD的6个ADC管脚ADC5、ADC4、ADC3、ADC2、ADCl和ADCO分别对串联电容中的5个电容C5、C4、C3、C2和Cl的正、负极的电压值的检测结果，若串联电容中的5个电容C5、C4、C3、C2和Cl中的某个电容的正极的电压值突然有超出预设范围的下降且负极的电压值不变，则判断在该预设时间段内正极的电压值突然有超出预设范围的下降且负极的电压值不变的电容为处于开路状态的失效电容。示例的，假设预设范围为正常电压值的99%到正常电压值之间，假设电容C3的正常电压值为7V，则电容C3的预设范围为6.93V至7V之间变化时，都属于正常变化范围，而在该预设时间段内电容C3的正极的电压值突然变化为5V且负极的电压值不变，判断所述正极的电压值突然有超出预设范围的下降且负极的电压值不变的电容C3为处于开路状态的失效电容，如图6所示，为电容C3处于开路状态时CPLD的6个ADC管脚ADC5、ADC4、ADC3、ADC2、ADC1和ADCO分别对串联电容中的5个电容C5、C4、C3、C2和Cl的正、负极的电压值检测的结果图，图中横轴为检测时间t，纵轴为检测的电压值V，tl时刻电容C3的电压值为7V，在tl时间停止对串联电容充电，在t2至t3时间段内电容C4和C3的电压值都发生了变化，其中，电容C3的电压值变化为5V，电容C2和Cl的电压值基本不变。
404、CPLD通过GPIOO管脚控制NMOS QO导通，用备用电容CO替换所述失效电容。示例的，假设所述失效电容为C5，用备用电容CO替换所述失效电容C5的过程具体为:CPLD通过GP105管脚控制所述PMOS Q5的源极S与失效电容C5的正极导通，控制所述PMOS Q5的漏极D与失效电容C5的负极导通，串联电容中的电流依次通过PMOS Q5的源极S，栅极G和漏极D从电容C4的正极流入串联电容，使失效电容C5旁路，CPLD通过GPIOO管脚控制NMOS QO的源极S与备用电容CO的正极截止，控制所述NMOS QO的漏极D与备用电容CO的负极截止，串联电容中的电流直接从备用电容CO的正极流入，使备用电容CO接入串联电容，用备用电容CO替换失效电容C5。这样一来，采用图3所示的串联电容检测设备来检测串联电容中是否存在处于开路状态的失效电容，当串联电容中存在处于开路状态的失效电容时，用备用电容替换所述处于开路状态的失效电容，可以及时的检测到处于开路状态的失效电容并用备用电容替换处于开路状态的失效电容，使串联电容快速恢复正常工作状态，因此，提高了电容串联应用时的可靠性。本发明实施例还提供了一种串联电容检测方法，如图7所示，包括:在串联电容充电完成后，本发明实施例图7中仍假设以图3所示的串联电容检测设备来检测串联电容中是否存在处于容值老化状态的失效电容。701、CPLD通过GP106管脚控制DC-DC开启，使串联电容充电，直至充电完成。702、CPLD通过GP107管脚控制BJT导通，使所述串联电容中的5个串联的电容放电。具体的，在串联电容充电完成后，CPLD通过GP107管脚控制BJT导通，使串联电容中的5个电容C5、C4、C3、C2和Cl放电，并记录该串联电容的放电时间Tl、放电的起始电压Va和放电的终止电压Vb。需要说明的是，在串联电容放电过程中，仍然要保证串联电容能够向用电设备提供电能，所以该串联电容的放电的终止电压Vb不能低于预设的第一电压阈值，所述第一电压阈值为保证串联电容能够向用电设备提供电能的最低电压值。703、根据所述5个串联的电容的放电时间、放电的起始电压和放电的终止电压获得所述5个串联的电容的电容值。具体的，根据公式Tl = -CRln(Vb/Va)来计算5个串联的电容的整体的电容值C15，其中，Tl为该串联电容的放电时间；Va为该串联电容的放电的起始电压；Vb为该串联电容的放电的终止电压。704,CPLD通过GPIO管脚旁路所述5个串联的电容中的一个待测电容得到4个串联的电容。示例的，假设电容C5为待测电容，即将串联电容中的电容C5旁路，得到4个串联电容。具体的，CPLD通过GP105管脚控制所述PM0SQ5的源极S与失效电容C5的正极导通，控制所述PMOS Q5的漏极D与失效电容C5的负极导通，串联电容中的电流依次通过PMOSQ5的源极S，栅极G和漏极D从电容C4的正极流入串联电容，使失效电容C5旁路，得到由电容C4、C3、C2和Cl组成的4个串联电容。需要说明的是，为了保证串联电容有足够的电量进行放电测试，在放电过程中需要CPLD控制所述CPLD的GP106管脚开启DC-DC，向串联电容充电，使串联电容的电压恢复到预设的第二电压阈值，所述第二电压阈值为保证串联电容有足够的电量进行放电测试的最低电压值。705、0 0)通过6 107管脚控制BJT导通，使所述4个串联的电容放电。具体的，CPLD通过GP107管脚控制BJT导通，使串联电容中的4个电容C4、C3、C2和Cl放电，并记录该串联电容的放电时间T2、放电的起始电压Vc和放电的终止电压VcL需要说明的是，在该4个串联电容放电过程中，仍然要保证串联电容能够向用电设备提供电能，所以该串联电容的放电的终止电压Vd也不能低于预设的第一电压阈值，所述第一电压阈值为保证串联电容能够向用电设备提供电能的最低电压值。706、根据所述4个串联的电容的放电时间、放电的起始电压和放电的终止电压获得所述4个串联的电容的电容值。具体的，根据公式T2 = -CRln(Vd/Vc)来计算4个串联的电容的整体的电容值C14，其中，T2为该串联电容的放电时间；Vc为该串联电容的放电的起始电压；Vd为该串联电容的放电的终止电压。707、根据所述4个串联的电容的电容值和所述4个串联的电容的电容值获得所述待测电容的测量电容值。 具体的，根据公式
权利要求
1.种串联电容检测方法，其特征在于，包括: 对串联电容中的各个电容同时进行检测； 判断所述串联电容中是否存在失效电容，所述失效电容为处于短路状态、开路状态或容值老化状态的电容； 在所述串联电容中存在失效电容时，用备用电容替换所述失效电容。
2.据权利要求1所述的串联电容检测方法，其特征在于，所述对串联电容中的各个电容同时进行检测包括: 同时对所述串联电容中的各个电容的正、负极的电压值进行检测。
3.据权利要求1或2所述的串联电容检测方法，其特征在于，所述判断所述串联电容中是否存在失效电容包括: 若所述串联电容中存在正、负极的电压值相等的电容，判断所述正、负极的电压值相等的电容为处于短路状态的失效电容。
4.据权利要求1或2所述的串联电容检测方法，其特征在于，所述判断所述串联电容中是否存在失效电容包括: 在所述串联电容充电完成后，若所述串联电容中存在电压值有波动的电容，判断所述正极的电压值有波动、负极的电压值不变的电容为处于开路状态的失效电容，所述电压值有波动是指在充电后正常电压值的基础上有超出正常电压变化范围的电压值变化； 或在停止对所述串联电容充电，并对所述串联电容放电后，若所述串联电容中存在在预设时间段内正极的电压值 有超出预设范围的下降且负极的电压值不变的电容，判断所述在预设时间段内正极的电压值有超出预设范围的下降且负极的电压值不变的电容为处于开路状态的失效电容。
5.据权利要求1或2所述的串联电容检测方法，其特征在于，所述判断所述串联电容中是否存在失效电容包括: 在所述串联电容充电过程中，若所述串联电容中存在正极电压值等于稳态阈值、负极电压值为O的电容，判断所述正极电压值等于稳态阈值、负极电压值为O的电容为处于开路状态的失效电容。
6.据权利要求1或2所述的串联电容检测方法，其特征在于，所述判断所述串联电容中是否存在失效电容包括: 在所述串联电容充电完成后，控制所述串联电容中的k个串联的电容放电，其中，所述串联电容中包括η个电容，η彡2，2彡k彡η ; 根据所述k个串联的电容的放电时间、放电的起始电压和放电的终止电压获得所述k个串联的电容的电容值； 旁路所述k个串联的电容中的一个待测电容得到k-Ι个串联的电容； 控制所述k-Ι个串联的电容放电； 根据所述k-Ι个串联的电容的放电时间、放电的起始电压和放电的终止电压获得所述k-Ι个串联的电容的电容值； 根据所述k个串联的电容的电容值和所述k-Ι个串联的电容的电容值获得所述待测电容的测量电容值； 将所述待测电容的测量电容值与所述待测电容的可用电容值阈值进行比较，所述可用电容值阈值是指电容处于可用状态的最低电容值； 若所述待测电容的测量电容值小于所述电容的可用电容值阈值，判断所述待测电容处于容值老化状态。
7.种串联电容检测设备，其特征在于，包括: 检测单元，用于对串联电容中的各个电容同时进行检测； 判断单元，用于根据所述检测单元的检测结果判断所述串联电容中是否存在失效电容，所述失效电容为处于短路状态、开路状态或容值老化状态的电容； 控制单元，用于在所述判断单元判断所述串联电容中存在失效电容时，用备用电容替换所述失效电容。
8.据权利要求7所述的串联电容检测设备，其特征在于，所述检测单元具体用于: 同时对所述串联电容中的各个电容的正、负极的电压值进行检测。
9.据权利要求7或8所述的串联电容检测设备，其特征在于，所述串联电容检测设备还包括: 二次电源，所述二次电源与所述串联电容连接，用于对所述串联电容充电。
10.据权利要求7至9任一所述的串联电容检测设备，其特征在于，所述判断单元具体用于: 若所述串联电容中存在正、负极的电压值相等的电容，判断所述正、负极的电压值相等的电容为处于短路状态的失效电容。
11.据权利要求7至9任一所述的串联电容检测设备，其特征在于，所述判断单元具体用于: 在所述串联电容充电完成后，若所述串联电容中存在电压值有波动的电容，判断所述正极的电压值有波动、负极的电压值不变的电容为处于开路状态的失效电容，所述电压值有波动是指在充电后正常电压值的基础上有超出正常电压变化范围的电压值变化； 或者，在停止对所述串联电容充电，并对所述串联电容放电后，若所述串联电容中存在在预设时间段内正极的电压值有超出预设范围的下降且负极的电压值不变的电容，判断所述在预设时间段内正极的电压值有超出预设范围的下降且负极的电压值不变的电容为处于开路状态的失效电容。
12.据权利要求7至9任一所述的串联电容检测设备，其特征在于，所述判断单元具体用于: 在所述串联电容充电过程中，若所述串联电容中存在正极电压值等于稳态阈值、负极电压值为O的电容，判断所述正极电压值等于稳态阈值、负极电压值为O的电容为处于开路状态的失效电容。
13.据权利要求7至9任一所述的串联电容检测设备，其特征在于，所述判断单元具体用于: 在所述串联电容充电完成后，控制所述串联电容中的k个串联的电容放电，其中，所述串联电容包括η个电容，η彡2，2彡k彡η; 根据所述k个串联的电容的放电时间、放电的起始电压和放电的终止电压获得所述k个串联的电容的电容值； 旁路所述k个串联的电容中的一个待测电容得到k-Ι个串联的电容；控制所述k-Ι个串联的电容放电； 根据所述k-ι个串联的电容的放电时间、放电的起始电压和放电的终止电压获得所述k-Ι个串联的电容的电容值； 根据所述k个串联的电容的电容值和所述k-Ι个串联的电容的电容值获得所述待测电容的测量电容值； 将所述待测电容的测量电容值与所述待测电容的可用电容值阈值进行比较，所述可用电容值阈值是指电容处于可用状态的最低电容值； 若所述待测电容的测量电容值小于所述电容的可用电容值阈值，判断所述待测电容处于容值老化状态。
14.种串联电容检测设备，其特征在于，所述串联电容检测设备与串联电容连接，所述串联电容中包括η个电容，n ^ 2 ； 所述串联电容检测设备包括: 至少一个复杂可编程逻辑器件CPLD，所述CPLD用于对串联电容中的各个电容同时进行检测，判断所述串联电容中是否存在失效电容，所述失效电容为处于短路状态、开路状态或容值老化状态的电容，在所述串联电容中存在失效电容时，控制用备用电容替换所述失效电容。
15.据权利要求14所述的串联电容检测设备，其特征在于，所述CPLD包括m个模拟数字转换器ADC管脚，所述m个ADC管脚分别与所述串联电容中的η个电容的正、负极连接，其中，所述CPLD的m个ADC管脚中的第x个ADC管脚和第x+1个ADC管脚分别与所述串联电容中的第X个电容的负极和正极连接，用于同时对所述串联电容中的第X个电容的负极的电压值和正极的电压值进行检测，所述2 < m < η,所述I < X < m。
16.据权利要求14或15所述的串联电容检测设备，其特征在于，所述CPLD具体用于: 若所述串联电容中存在正、负极的电压值相等的电容，判断所述正、负极的电压值相等的电容为处于短路状态的失效电容。
17.据权利要求14或15所述的串联电容检测设备，其特征在于，所述CPLD具体用于: 在所述串联电容充电完成后，若所述串联电容中存在电压值有波动的电容，判断所述正极的电压值有波动、负极的电压值不变的电容为处于开路状态的失效电容，所述电压值有波动是指在充电后正常电压值的基础上有超出正常电压变化范围的电压值变化； 或在停止对所述串联电容充电，并对所述串联电容放电后，若所述串联电容中存在在预设时间段内正极的电压值有超出预设范围的下降且负极的电压值不变的电容，判断所述在预设时间段内正极的电压值有超出预设范围的下降且负极的电压值不变的电容为处于开路状态的失效电容。
18.据权利要求14或15所述的串联电容检测设备，其特征在于，所述CPLD具体用于: 在所述串联电容充电过程 中，若所述串联电容中存在正极电压值等于稳态阈值、负极电压值为O的电容，判断所述正极电压值等于稳态阈值、负极电压值为O的电容为处于开路状态的失效电容。
19.据权利要求14或15所述的串联电容检测设备，其特征在于，所述CPLD具体用于: 在所述串联电容充电完成后，控制所述串联电容中的k个串联的电容放电，其中，所述串联电容中包括η个电容，η彡2，2彡k彡η ; 根据所述k个串联的电容的放电时间、放电的起始电压和放电的终止电压获得所述k个串联的电容的电容值； 旁路所述k个串联的电容中的一个待测电容得到k-Ι个串联的电容； 控制所述k-Ι个串联的电容放电； 根据所述k-Ι个串联的电容的放电时间、放电的起始电压和放电的终止电压获得所述k-Ι个串联的电容的电容值； 根据所述k个串联的电容的电容值和所述k-Ι个串联的电容的电容值获得所述待测电容的测量电容值； 将所述待测电容的测量电容值与所述待测电容的可用电容值阈值进行比较，所述可用电容值阈值是指电容处于可用状态的最低电容值； 若所述待测电容的测量电容值小于所述电容的可用电容值阈值，判断所述待测电容处于容值老化状态。
20.据权利要求14至19任一所述的串联电容检测设备，其特征在于，还包括: η个P沟道金属氧化物半导体PMO S，每个PMOS分别与所述CPLD的通用输入输出GPIO管脚、所述串联电路中的一个电容连接，用于在所述串联电容中存在失效电容时，由所述CPLD通过GPIO管脚控制导通，使所述失效电容旁路； N沟道金属氧化物半导体NM0S，所述NMOS与所述CPLD的GPIO管脚、备用电容连接，用于在所述串联电容中存在失效电容时，由所述CPLD通过GPIO管脚控制截止，用所述备用电容替换所述失效电容； 贝U，所述CPLD，还用于通过GPIO管脚在所述串联电容中存在失效电容时，控制所述PMOS导通使所述失效电容旁路，控制所述NMOS截止用所述备用电容替换所述失效电容。
21.据权利要求14至20任一所述的串联电容检测设备，其特征在于，还包括: 直流对直流电源DC-DC，所述DC-DC —端与所述CPLD的GPIO管脚连接，另一端与所述串联电容连接，用于在所述CPLD的GPIO管脚的控制下对所述串联电容充电。
22.据权利要求14至21任一所述的串联电容检测设备，其特征在于，还包括: 双极结晶体管BJT， 所述BJT的基极与所述CPLD的管脚GPIO连接，所述BJT的发射极接地，所述BJT的集电极与所述串联电容连接，用于控制所述串联电容放电。
全文摘要
本发明公开了一种串联电容检测方法和设备，涉及电容技术领域，能够提高电容串联应用时的可靠性。该串联电容检测方法，包括对串联电容中的各个电容同时进行检测；判断所述串联电容中是否存在失效电容，所述失效电容为处于短路状态、开路状态或容值老化状态的电容；在所述串联电容中存在失效电容时，用备用电容替换所述失效电容。本发明用于对串联电容的检测。
文档编号G01R31/02GK103091590SQ20131003484
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月30日 优先权日2013年1月30日
发明者林冬冬 申请人:华为技术有限公司