一种纹波电流产生方法与电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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，Power Factor，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(Electromagnetic Interference)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。
[0003] 滤波电路200 -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°C。即 在-40°C的环境下，如东北三省、新彊、以及高炜度的国家与地区，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。
[0004] 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（Ripple current)、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1〇〇Ηζ-120Ηζ)的正弦波绝对值。
[0005] 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。
[0006]S卩，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。
[0007] 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450BXC47MEFC18X25的进口电解电 容，标称耐压450V，纹波电流为1200mA，105°C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°C 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。
[0008] 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。
[0009] 由于目前没有有效的测试方法、仪器来管控电解电容额定纹波电流，大部分设计 人员都是把电解电容装入开关电源的工作位置，实际测试其寿命，每测一只电解电容，就要 浪费一只开关电源，当电容寿命接近终了时，容易损坏开关电源，进一步引起成本上升。如 上述的450BXC47MEFC18X25, 一般用于15W输出的反激式开关电源上。但在测试或老化时， 比如在311V的直流下，纹波电流达额定纹波电流1200mA，那么开关电源的消耗功率就要达 到311VX1. 2A= 373. 2W，这样的电源本身成本不低，若输出是48V，效率为90%，目前业界 的做法是，把这48V，再逆变为220VAC返回市电，但效率为90 %左右，综合效率在81 %左右， 接线复杂，使用极不方便。为了缩短试验时间，一般都是放到恒温箱内高温条件下测试，这 种把电解电容装入开关电源的方法，占用空间大，接线也很复杂，且出现失效时，由于开关 电源也在高温环境下，无法区分是谁导致了失效。而且，更改一种型号的电解电容，就要重 新寻找对应的开关电源来对应，使用极不方便。
[0010] 现有方法有很多不足之处：成本高、耗能很大、接线复杂、体积大、使用极不方便。
【发明内容】
[0011] 有鉴于此，本发明要解决现有的纹波电流产生方法与电路的不足，提供一种纹波 电流产生方法与电路，低成本、低能耗地提供高频纹波电流，具有接线简单、使用方便的特 点。
[0012] 本发明提供的一种纹波电流产生方法，包括直流电源，一电感、一变压器、一二极 管、一场效应管，一脉宽调制控制电路，以及连接被测电容两只引脚的输出端子，包括正端 子与负端子，所述变压器包括第一绕组与第二绕组，第一绕组与第二绕组为双线并绕，且变 压器存在一个带有气隙的磁芯，所述的直流电源的输出有正极和负极，按下述方法连接成 纹波电流产生电路：
[0013] 被测电容的输出端子和电感串联后与直流电源并联；
[0014] 场效应管和变压器的第一绕组串联后与被测电容的输出端子并联；
[0015] 变压器的第二绕组和二极管串联后与被测电容的输出端子并联；
[0016] 脉宽调制控制电路驱动场效应管，工作在开关状态，脉宽调制控制电路的最大占 空比小于0. 5 ;
[0017] 且连接要保证以下工作过程：场效应管导通时，被测电容的端电压，通过被测电容 的输出端子和已完全导通的场效应管对变压器的第一绕组激磁，在场效应管导通过程中， 二极管不导通；
[0018] 继而场效应管截止时，变压器的第二绕组的续流电流通过二极管、被测电容的输 出端子向被测电容充电，二极管处于导通状态；
[0019] 调节脉宽调制控制电路的输出占空比，被测电容中获得不同的高频纹波电流。
[0020] 上述的方法，称为方法一，可以让被测电容的充电与放电，都获得高频纹波电流， 若让被测电容获得低频充电电流，高频的放电纹波电流，那么，本发明提供了方法二：
[0021] -种纹波电流产生方法，包括直流电源，一电容、一电感、一变压器、一二极管、一 场效应管，一脉宽调制控制电路，以及连接被测电容两只引脚的输出端子，包括正端子与负 端子，所述变压器包括第一绕组与第二绕组，第一绕组与第二绕组为双线并绕，且变压器存 在一个带有气隙的磁芯，所述的直流电源的输出有正极和负极，按下述方法连接成纹波电 流产生电路：
[0022] 所述的直流电源和电容并联，被测电容的输出端子和电感串联后与电容并联；
[0023] 场效应管和变压器的第一绕组串联后与被测电容的输出端子并联；
[0024] 变压器的第二绕组和二极管串联后与电容并联；
[0025] 脉宽调制控制电路驱动场效应管，工作在开关状态，脉宽调制控制电路的最大占 空比小于0. 5 ;
[0026] 且连接要保证以下工作过程：场效应管导通时，被测电容的端电压，通过被测电容 的输出端子和已完全导通的场效应管对变压器的第一绕组激磁，这个过程中，二极管不导 通；
[0027] 继而场效应管截止时，变压器的第二绕组的续流电流通过二极管向电容充电，二 极管处于导通状态；
[0028] 调节脉宽调制控制电路的输出占空比，被测电容中获得不同的高频纹波电流。
[0029] 优选地，上述方法一和二中，直流电源的输出电压可调；
[0030]优选地，上述方法一和二中，所述