电容控制电路及装置的制作方法

1.本技术涉及电路控制领域，特别是涉及一种电容控制电路及装置。


背景技术：

2.目前，电容高温负荷加速试验是激发或检测电容的内部缺陷一种有效实验，在实验过程中，有缺陷的电容都呈现出短路失效。当电容短路后，现有测试装置不能及时断开电源进行保护，导致被测电容严重烧毁，详见图1，导致无法分析被烧坏的待测电容的缺陷与原因，降低了实验的价值或意义，因此，亟需一种电容控制电路能够实现为微秒级短路保护。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种电容控制电路及装置，用于解决现有电容控制电路无法实现微秒级短路保护，及时切断电源的问题。
4.在第一方面，本技术实施例提供了一种电容控制电路，包括：
5.至少一个待测电容；
6.与至少一个所述待测电容数量相同的限流电阻，每个所述限流电阻的一端连接输入电源，每个所述限流电阻的另一端对应连接所述待测电容；
7.检测控制模块，连接所述待测电容，用于将所述待测电容的电流信号转换为电压信号，将所述电压信号进行放大处理后进行过压检测，基于过压检测的结果控制开关管的导通状态；
8.所述开关管，连接在所述待测电容与所述检测控制模块之间，用于在所述待测电容异常时，控制所述开关管不导通，切断电源起到断开保护。
9.于本技术的一实施例中，所述开关管为mos管。
10.于本技术的一实施例中，所述检测控制模块包括检测电阻，用于将所述待测电容的电流信号转换为电压信号；放大单元，用于对所述电压信号进行放大处理，得到第一电压信号；过压检测单元，用于对所述第一电压信号进行过压检测而输出电平；控制单元，用于根据过压检测的电平控制开关管的导通状态。
11.于本技术的一实施例中，所述放大单元包括第一运放器、第一电阻与第二电阻，所述第一运放器的正向输入端连接电压信号，所述第一运放器的负向输入端连接第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接检测电阻；所述第二电阻连接在所述第一运放器的负向输入端与输出端之间。
12.于本技术的一实施例中，所述过压检测单元包括第二运放器、第三电阻与第四电阻，所述第二运放器的正向输入端连接第一电压信号，所述第二运放器的负向输入端分别连接形成分压的过流保护点的第三电阻与第四电阻；所述第二运放器的输出端输出过压检测的电平。
13.于本技术的一实施例中，所述控制单元包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体
管、第四晶体管，其中，所述第一晶体管、第二晶体管与第三晶体管依次为第一mos管、第二mos管、第三mos管，所述第四晶体管为三极管，所述第一mos管的栅极连接过压检测单元的输出端，所述第一mos管、第二mos管、第三mos管的源极以及三极管的发射极分别接地；所述第一mos管的漏极分别连接三极管的基极、第一缓冲电阻的一端、第二mos管的漏极；所述三极管的集电极分别连接第二缓冲电阻的一端、第二mos管的栅极、第三mos管的栅极；所述第三mos管的漏极连接第三缓冲电阻的一端，所述第一缓冲电阻、第二缓冲电阻与第三缓冲电阻的另一端分别连接辅助电源。
14.于本技术的一实施例中，所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管均为三极管或mos管。
15.于本技术的一实施例中，还包括：状态显示模块，连接所述检测控制模块输出端，用于显示电容控制电路的运行状态与运行时间。
16.于本技术的一实施例中，还包括：电流检测模块，连接所述待测电容，用于将检测所述待测电容所对应的模拟电流进行实时显示。
17.第二方面，本技术实施例还提供了一种电容控制装置，包括如第一方面描述的电容控制电路。
18.本技术实施例中，采用限流电阻与开关管来进行限流保护，一方面，通过限流电阻限定了最大电流值，避免了损坏开关管；另一方面，利用开关管快速的开启与断开，避免了开关抖动，同时，通过检测控制模块来实现快速的短路保护，有效降低电容烧毁程度，有利于分析定位出电容内部缺陷的根本原因，从而改善设计或生产的问题，提升电容可靠性，让实验更有价值。
附图说明
19.图1显示为本技术实施例提供的一种待测电容烧毁的实物效果图；
20.图2显示为本技术实施例提供的一种电容控制电路的原理结构框；
21.图3显示为本技术实施例提供的一种电容控制电路的电路图；
22.图4显示为本技术实施例提供的一种电容控制电路的实测波形图；
23.图5显示为本技术实施例提供的一种待测电容分析的形貌图。
具体实施方式
24.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
25.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，遂图式中仅显示与本技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
26.在介绍本技术实施例之前，首先对本技术实施例涉及的专业名词进行解释。
27.mos管是金属-氧化物-半导体场效应晶体管，或者称金属-绝缘体-半导体，mos管可用于放大，由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容容量较小，常用于多级放大器的输入级阻抗变换，也可以用作可变电阻、恒流源、电子开关。
28.三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件，其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。其中，三极管是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的pn结，两个pn结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有pnp和npn两种。
29.请参阅图2，为本技术实施例提供的一种电容控制电路原理结构框图，包括：
30.至少一个待测电容1；
31.与至少一个所述待测电容数量相同的限流电阻2，每个所述限流电阻的一端连接输入电源，每个所述限流电阻的另一端对应连接所述待测电容；
32.检测控制模块4，连接所述待测电容，用于将所述待测电容的电流信号转换为电压信号，将所述电压信号进行放大处理后进行过压检测，基于过压检测的结果控制开关管的导通状态；
33.开关管3，连接在所述待测电容与所述检测控制模块之间，用于在所述待测电容异常时，控制所述开关管不导通，切断电源起到断开保护。
34.需要说明的是，此处，所述开关管为mos管，由于mos管作为开关管，能够快速开启与关闭，相比继电器，不会抖动，避免了检测误判。
35.在本实施例中，采用限流电阻和mos开关管来进行限流保护，限流电阻设定最大电流值，避免损坏mos开关管，其中，检测控制模块4采用全模拟电路设计，过流、短路保护响应达到微秒级，比现有技术方案更快，有效降低电容烧毁程度；当触发过流、短路保护后，mos开关管能一直保持关断，避免被测电容再次受到电应力损伤。
36.请参阅图3，为本技术实施例提供的一种电容控制电路的电路图，详述如下：
37.限流电阻2由电阻r1、电阻r2、
…
电阻rn组成，待测电容的数量与限流电阻的数量相同，每个待测电容连接一个限流电阻，用于限制最大电流。
38.待测电容1由电容c1、电容c2、
…
电容cn组成，在实验时，待测电容可以设计成一个测试板或测试治具，而每个待测电容通过一个限流电阻连接输入电源5用于保护开关管。
39.检测控制模块4进一步包括：
40.检测电阻，用于将所述待测电容的电流信号转换为电压信号；放大单元，用于对所述电压信号进行放大处理，得到第一电压信号；过压检测单元，用于对所述第一电压信号进行过压检测而输出电平；控制单元，用于根据过压检测的电平控制开关管的导通状态。\
41.其中，检测电阻r3，用于将待测电容的电流信号转换为电压信号vi，即，检测电阻r3的一端分别连接第一运放器u1的正向输入端与mos管q1的源极，所述mos管q1的漏极连接待测电容，所述mos管q1的栅极连接控制单元的输出端。
42.例如，所述放大单元包括第一运放器u1、第一电阻r5与第二电阻r4，所述第一运放器u1的正向输入端连接电压信号vi，所述第一运放器的负向输入端连接第一电阻r5的一端，所述第一电阻r5的另一端连接检测电阻r3；所述第二电阻r4连接在所述第一运放器u1的负向输入端与输出端之间。
43.例如，所述过压检测单元包括第二运放器u2、第三电阻r6与第四电阻r7，所述第二运放器u2的正向输入端连接第一电压信号，即，第一运放器u1的输出端，所述第二运放器u2的负向输入端分别连接形成分压的过流保护点的第三电阻r6与第四电阻r7之间；其中，第三电阻r6与第四电阻r7串联分压，第四电阻r7一端接地，所述第二运放器u2的输出端输出过压检测的电平。
44.例如，所述控制单元包括第一晶体管q2、第二晶体管q3、第三晶体管q4、第四晶体管t，其中，所述第一晶体管q2、第二晶体管q3、第三晶体管q4依次为第一mos管、第二mos管、第三mos管，所述第四晶体管为三极管t，所述第一mos管的栅极连接过压检测单元的输出端，所述第一mos管、第二mos管、第三mos管的源极以及三极管的发射极分别接地；所述第一mos管的漏极分别连接三极管的基极、第一缓冲电阻r9(即，上拉电阻)的一端、第二mos管的漏极；所述三极管的集电极分别连接第二缓冲电阻r10(即，上拉电阻)的一端、第二mos管的栅极、第三mos管的栅极；所述第三mos管的漏极连接第三缓冲电阻的一端，所述第一缓冲电阻r9、第二缓冲电阻r10与第三缓冲电阻r11(即，上拉电阻)的另一端分别连接辅助电源6。
45.在此，需要说明的是，电阻r3为检测电阻，将被测电容的电流信号转换为电压信号vi，电阻r4、电阻r5和放大器u1组成放大电路，将vi信号进行放大，放大倍数可根据需求来设计调整，例如，根据检测电阻r3与u1的放大倍数，实现微安级以上的电流检测及保护；电阻r6、电阻r7电阻分压设定过流保护点，放大器u2工作在开环，当放大器u1输出的电压高于电阻r6、电阻r7电阻分压，放大器u2就输出高电压，驱动第一mos管q2导通，三极管q3的b极被拉低，三极管q3截止，第二mos管q4的g极为高电平，第二mos管q4导通，从而锁定三极管q3继续截止，第三mos管q5的g极为高电平，第三mos管q5导通，主开关管q1(即，mos管)的g极被拉低，开关管q1截止，切断电流通路，起到断开保护作用。电阻r8接地是避免第一mos管q2的g极存在浮电导致第一mos管q2误导通，电阻r9、电阻r10、电阻r11为上拉电阻，分别连接vcc电压，即，辅助电源5。
46.其中，外围设备需要输入电源(即，主电源)和辅助电源，主电源提供测试需要的直流电压，电压值根据被测电容而定，辅助电源提供5-12v直流电压，为检测控制部分供电，电流需求小于0.1a。
47.在本实施例中，检测控制模块使用电阻、运放、三极管和mos管来设计，能实现微秒级快速保护，电路简单，响应快速；避免使用mcu、soc或电脑控制，减低设计难度和成本。
48.例如，所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管均为三极管或mos管，也能实现等同替换，达到相同的控制目的。
49.在上述实施例的基础上，电容控制电路还包括：状态显示模块，连接所述检测控制模块输出端，用于显示电容控制电路的运行状态与运行时间。
50.例如，状态显示模块可以通过指示灯来显示电容控制电路的运行状态，状态显示模块可以通过定时器来显示电容控制电路的运行时间，进而进行快速显示，方便用户能够用户一目了然观察电路的状况。
51.在上述实施例的基础上，电容控制电路还包括：还包括：电流检测模块，连接所述待测电容，用于将检测所述待测电容所对应的模拟电流进行实时显示。其中，电流检测模块可以使用adc检测电路，来实现显示待测电容的电流大小。
52.请参阅图4，本技术实施例提供的一种电容控制电路的仿真效果图，详述如下：
53.当待测电容c1/c2/
……
/cn无短路损坏时：
54.流过开关管q1和电阻r3的电流非常小，经放大器u1放大后的电压也非常小，小于电阻r6、电阻r7的分压电流保护点，放大器u2输出低电平，第一mos管q2截止，三极管q3导通，第二mos管q4截止，第三mos管q5截止，开关管q1的g极被拉高，开关管q1导通，继续正常工作；
55.当待测电容c1/c2/
……
/cn中某个电容发生短路损坏时：
56.流过开关管q1和电阻r3的电流非常大，经放大器u1放大后的电压大于电阻r6、电阻r7的分压电流保护点，放大器u2输出高电压，第一mos驱动q2导通，三极管q3截止，第二mos管q4导通，从而锁定三极管q3继续截止，第三mos管q5的g极为高电平，q5导通，开关管q1的g极被拉低，开关管q1截止，切断电流通路，起到断开保护作用。
57.其中，将上述电容控制电路用于在陶瓷电容高温负荷加速试验，在过流、短路发生时间点q1关闭时间点仅为37.5微秒，详见图4中的实测波形图，通道c1为检测电阻上的电压波形(即待测电容的电流波形)，通道c2为开关管栅极波形，从触发过流或短路至q1关闭时间点仅为37.5微秒可见，相比现有技术方案更快，有效降低电容烧毁程度。
58.另外，详见图5，是采用了上述电容控制电路进行电容烧坏对比图，相比图1而言，使用本技术的电容控制电路进行电容测试，如图5所示，电容损伤程度明显大大降低，能够有利于分析定位出电容内部缺陷的根本原因。
59.在本技术的另一些实施例中，还提供了一种电容控制装置，包括上述的电容控制电路，在此不再赘述。
60.本技术通采用限流电阻与开关管来进行限流保护，一方面，通过限流电阻限定了最大电流值，避免了损坏开关管；另一方面，利用开关管快速的开启与断开，避免了开关抖动，同时，通过检测控制模块来实现快速的短路保护，有效降低电容烧毁程度，有利于分析定位出电容内部缺陷的根本原因，从而改善设计或生产的问题，提升电容可靠性，让实验更有价值求。
61.上述实施例仅例示性说明本技术的原理及其功效，而非用于限制本技术。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本技术的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本技术所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本技术的权利要求所涵盖。