一种电容器测试仪及正弦波电源的制作方法

本实用新型涉及电力电子领域，具体为一种电容器测试仪及正弦波电源

背景技术：

电容器测试仪是一种专门用于测试电容器各个参数的设备，目前广泛应用在电容器的研发、生产和测试中。

针对电容器的电压电流纹波噪声测试，由于一般的正弦波电源普遍有一定的谐波含量，由此可能会对电容器的电流电压纹波噪声产生影响，所以在电容器测试仪中的正弦电源要求在输出宽频率范围的情况下，要求谐波含量较低，才能满足电容器的测试需求。

目前的低谐波正弦电源主要是脉冲PWM调制加低通滤波器的方法。此方案采用H桥或者H桥级联的结构，通过特定的PWM波调制方法产生电压波形，然后经过特定的低通滤波器滤除高频谐波，输出正弦波电源。

然而，由于低通滤波器的幅值-频率特性，在上述方法结构中，低通滤波器的截止频率不能选择太低，否则会影响基波含量。如果将滤波器的截止频率设置为高，低次的谐波则不能消除。并且，这种方法结构的滤波器参数选择较为复杂，如果滤波器的参数选择不正确，可能会在谐波频率附近存在谐振点，放大特定的谐波含量，从而影响输出正弦波的电能质量，不能满足电容器噪声测试需求。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种电容器测试仪及正弦波电源，结构简单，设计合理，输出的正弦波电压频率范围宽，谐波含量低，电能质量高。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种正弦波电源，包括依次连接在电源输入端和输出端之间的调频调压模块和滤波器模块，所述调频调压模块包括依次连接的直流斩波模块和H桥模块；其中，直流斩波模块用于调节直流电压，H桥模块用于产生脉冲宽度调制波形，滤波器模块用于消除谐波。

优选的，所述直流斩波模块包括第一电容、第二电容、第一开关器件、第二开关器件、第一二极管、第二二极管和储能电感；

所述第一开关器件和所述第二开关器件串联后与所述第一电容并联，所述第一二极管和所述第一开关器件并联，所述第二二极管与所述第二开关器件并联，所述储能电感的一端连接在所述第一开关器件和所述第二开关器件之间，所述储能电感的另一端与所述第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端与所述第一电容的负极连接。

进一步，所述H桥模块包括第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件、第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管；

所述第三开关器件和所述第四开关器件串联后与所述第二电容并联，所述第五开关器件和所述第六开关器件串联后与所述第二电容并联，所述第三二极管与所述第三开关器件并联，所述第四二极管与所述第四开关器件并联，所述第五二极管与所述第五开关器件并联，以及所述第六二极管与所述第六开关器件并联。

再进一步，滤波器模块包括输出电容和N个并联连接的滤波通道，每个滤波通道包括串联连接的电感和电阻；

所述输出电容的一端连接在所述第五开关器件和所述第六开关器件之间，所述输出电容的另一端与所述N个并联连接的滤波通道中的每个滤波通道中的电感连接，且每个滤波通道中的电阻还与所述第三开关器件和所述第四开关器件之间的连接点连接。

再进一步，所述N个并联连接的滤波通道中的N-1个滤波通道还包括开关。

再进一步，在N-1个滤波通道中的每个滤波通道中设置两个开关，所述两个开关分别设置在电阻的两侧。

一种电容器测试仪，包括以上所述任一钟正弦波电源。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型通过在正弦波电源中设置调频调压模块和滤波器模块，从而利用调频调压的谐波消除控制电路降低滤波器对各次谐波的衰减率，可以实现输出频率范围宽、谐波含量低的正弦波电压，从而保证了输出正弦波谐波含量低的要求。

附图说明

图1是本实用新型一种实施方式的正弦波电源的电路原理示意图。

图2是本实用新型一种实施方式的正弦波电源的H桥模块输出的PWM波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

如图1所示，本实用新型一种实施方式提供的正弦波电源包括依次连接的调频调压模块和滤波器模块，所述调频调压模块包括依次连接的直流斩波模块和H桥模块，其中，所述直流斩波模块包括第一电容C_IN1、第二电容C_IN2、第一开关器件Q1、第二开关器件Q2、第一二极管D1、第二二极管D2和储能电感L_IN；所述H桥模块包括第三开关器件Q3、第四开关器件Q4、第五开关器件Q5、第六开关器件Q6、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6；滤波器模块包括输出电容，即负载电容C_O和N个并联连接的滤波通道，每个滤波通道包括串联连接的电感(例如，L1-LN)和电阻(例如，R1-RN)。

具体地，在上述实施方式中，直流斩波模块用于调节直流电压，H桥模块用于产生脉冲宽度调制(PWM)波形，而滤波器模块用于消除谐波。

在本实用新型中，N个并联连接的滤波通道与输出电容组成一个二阶低通滤波器。每个滤波通道包括串联连接的电感和电阻，其中N表示正弦波电源中可供选择的滤波器的数量，本领域技术人员可以根据实际需要确定N的取值。

根据本实用新型一种实施方式，所述第一开关器件Q1和所述第二开关器件Q2串联后与所述第一电容C_IN1并联，所述第一二极管D1和所述第一开关器件Q1并联，所述第二二极管D2与所述第二开关器件Q2并联，所述储能电感L_IN的一端连接在所述第一开关器件Q1和所述第二开关器件Q2之间，所述储能电感L_IN的另一端与所述第二电容C_IN2的一端连接，所述第二电容C_IN2的另一端与所述第一电容C_IN1的负极连接。

根据本实用新型一种实施方式，所述第三开关器件Q3和所述第四开关器件Q4串联后与所述第二电容C_IN2并联，所述第五开关器件Q5和所述第六开关器件Q6串联后与所述第二电容C_IN2并联，所述第三二极管D3与所述第三开关器件Q3并联，所述第四二极管D4与所述第四开关器件Q4并联，所述第五二极管D5与所述第五开关器件Q5并联，以及所述第六二极管D6与所述第六开关器件Q6并联。

根据本实用新型一种实施方式，所述输出电容C_O的一端连接在所述第五开关器件Q5和所述第六开关器件Q6之间，所述输出电容C_O的另一端与所述N个并联连接的滤波通道中的每个滤波通道中的电感连接，且每个滤波通道中的电阻还与所述第三开关器件Q3和所述第四开关器件Q4之间的连接点连接，即每个滤波通道中的电阻的不与电感连接的那一端连接在第三开关器件Q3和所述第四开关器件Q4之间。

根据本实用新型一种实施方式，所述N个并联连接的滤波通道中的N-1个滤波通道还包括开关。

由此，可以通过开关的通断来控制滤波通道的通断，从而实现对需要使用的滤波通道的选择。

如图1所示，可以在N-1个滤波通道中的每个滤波通道中设置两个开关，这两个开关分别设置在电阻的两侧；即一个设置在电感与电阻之间，另一个设置在电阻的另一侧。

也就是，N个滤波通道中可以仅有一个滤波通道无需设置开关，其余N-1个通道中均需要设置开关。

虽然图1中示出了在N-1个通道中分别设置两个开关，但其仅仅是示例性的，并非用于限定本实用新型。例如，也可以仅设置一个开关。

此外，滤波通道中不同的电感量和电阻能够实现二阶滤波器的关键参数谐振频率f_X和阻尼系数ξ分段可调。对于某一谐振频率f_X，适合输出频率范围1.25f_X～2f_X。在该范围内，3次谐波衰减率为8.57％，7次谐波衰减率为1.54％，11次谐波衰减率为0.62％。其中频率越高，衰减率越低。由此可知，可以根据不同的输出频率范围调节谐振频率f_X和阻尼系数ξ的值，从而达到宽范围输出。

举例来讲，在本实用新型中，首先由直流斩波模块进行直流/直流(DC/DC)变换得到所需的直流母线电压。然后该直流母线电压经过H桥模块输出PWM波，即可以采用特定谐波消除的调制方法产生PWM波。本领域技术人员应当理解，特定谐波消除的调制方法为现有技术中已有的方法，为了不混淆本实用新型，在此不再赘述。本实用新型中H桥模块输出的PWM波可以如图2所示。

在图2中，当α₁＝18°，α₂＝30°，α₃＝42°时，所输出的波形中的偶次谐波、3次谐波的电压含量均为0，而5次谐波电压含量也为0。同时通过傅立叶变换(FFT)分析可得，7次谐波含量为0.088E，11次谐波含量为0.166E。其中输出的PWM波形相位为固定值。

由此可见，调频调压模块中的H桥模块输出的PWM波中3次、5次谐波含量全部为0，并且7次、11次谐波含量很小。在输出的PWM波通过滤波器的到最后的正弦波输出时，7次、11次谐波含量已经满足低谐波的含量需求，并且谐波频率越高，滤波器衰减率越低，所以高次谐波对于正弦波电源影响更小，完全满足电容器测试仪对电能质量的需求。

本实用新型还提供了一种电容器测试仪，包括上述实施方式中所述的正弦波电源。

通过在电容器测试仪中应用上述实施方式中所述的正弦波电源，可以满足电容器噪声试验对电源的要求。

从上述实施方式可以看出，本实用新型采用了包括调频调压模块和滤波器模块的电路组合。其中调频调压模块可以输出不含3次和5次倍数谐波的波形，而滤波器模块可以降低谐波衰减率，由此可以实现输出宽频率范围的低谐波正弦电压。此外，本实用新型采用特定谐波消除的调制方式，在控制上实现较为简易；并且滤波器模块通过选择不同谐振频率f_X和阻尼系数ξ即可对滤波电路完成设计，降低了电路的设计难度。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。