一种测量电容器寄生电感参数的系统和方法

技术领域

本发明涉及寄生参数测量领域，具体涉及一种测量电容器寄生电感参数的系统和方法。

背景技术

在实际电路中，电容元器件存在着多种分布参数,其中对电容本身特性影响最大的是寄生电感，这些寄生电感的电感特性使得电容在使用时有一定的局限性。在开关电路中，换流回路的寄生电感就扮演着非常重要的角色。根据寄生电感的电感量和电流变化率di/dt，器件在开关状态时要承受额外的电压应力，极端条件可能会造成器件的损坏。换流回路中直流母线电容的寄生电感就是影响因素之一，因此能够测量出电容本身寄生电感的大小，可以在使用时更合理的选择电容元器件。

由于电容器寄生电感的电感量很小，一般为nH级别，导绝大部分LCR电桥无法测量电容本身的寄生电感。对于电容的寄生电感参数测量方法主要是利用电容自谐振原理进行测量，但由于电容的电容值与寄生电感的电感值都不是确定的，因此测量设备需要提供极大的电压频率范围，而且测量过程需要检测和采集电容元件发生自谐振时对应的频率，这都不利于快速与精准测量。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术测量速度慢，精度低等问题，提供一种测量电容器寄生电感参数的系统和方法，可实现快速地测量电容器寄生电感参数。

为了达到上述目的，本发明提供的一种测量电容器寄生电感参数的系统包括：电容器；

标准电感，与所述电容器串联形成串联电路；

电容充放电测量模块，与电容器和标准电感的串联电路连接，用于对电容器进行充电与放电；

数据采集与处理模块，与电容充放电测量模块连接，用于发出控制信号通过控制电容充放电测量模块对电容器充电与放电，以及采集电容器放电前后电容器和标准电感两端的电压，根据采集到的电压计算得到电容器的寄生电感。

进一步地，所述电容充放电测量模块包含：电容充放电主电路、驱动电路；

所述电容充放电主电路与所述电容器、所述标准电感连接，对电容器进行充电与放电；

所述驱动电路分别与电容充放电主电路、数据采集与处理模块相连接，用于接收数据采集与处理模块发出的控制信号，驱动电路接收该控制信号发出驱动信号驱动所述电容充放电主电路对电容器的充电与放电。

进一步地，所述数据采集与处理模块包含：电压采集单元、信号控制单元、数据处理单元；

所述电压采集单元分别与电容充放电主电路、数据处理单元相连接，用于采集电容器以及标准电感两端的电压；

所述信号控制单元与驱动电路连接，用于发出控制信号至驱动电路，控制信号经驱动电路后发出驱动信号驱动所述电容充放电主电路对电容器充放电的充电与放电；

所述数据处理单元根据采集到的电容器和标准电感两端电压计算电容器寄生电感的电感值。

进一步地，所述电容充放电主电路包含直流源、限流电阻、第一开关管、第二开关管；

直流源与限流电阻、第一开关管、第二开关管电路连接形成串联回路，其中第二开关管与所述电容器与标准电感的串联电路并联；

驱动电路驱动第一开关管导通，第二开关管关断，直流源给所述电容器充电；驱动电路驱动第一开关管关断，驱动第二开关管导通，电容器放电。

具体地，所述信号控制单元发出控制信号至驱动电路，驱动电路接收控制信号后发出驱动信号驱动所述电容充放电主电路的第一开关管以及第二开关管的导通与关断。

具体地，利用上述的测量电容器寄生电感参数的系统实现测量电容器寄生电感参数的方法包含以下步骤：

S1：信号控制单元发出控制信号至驱动电路，驱动电路接收控制信号后驱动电容充放电主电路的第一开关管导通，驱动第二开关管关断，并对电容器进行充电；

S2：信号控制单元发出控制信号至驱动电路，驱动电路接收控制信号后驱动电容充放电主电路的第一开关管关断，驱动第二开关管导通，电容器通过导通的第二开关管放电回路进行放电；电压采集单元采集电容器放电前后的电容器以及标准电感两端的电压；

S3：利用公式U＝L·di/dt及由电容器和标准电感的比例关系求解电容器寄生电感的电感值，其中U为电容器或标准电感两端的电压值，L为电容器寄生电感值或标准电感值，di/dt为放电回路电流对时间的导数。

根据电容器放电回路可构建S3步骤计算电容器的寄生电感的电感值的方程，具体方程如下所示：

其中，R

由于放电回路上寄生电感的影响，电容器放电瞬间回路上没有电流流过，即i＝0，放电回路上的电阻两端均没有压降，因此可以对放电瞬间的放电回路进行简化，方程(1)简化后得到以下方程：

其中电容器(100)的寄生电感L

由方程(3)可得到L

本发明具有以下有益效果：

1.基于电容充放电的测量方法可实现快速地测量电容器寄生电感参数；

2.利用电容放电瞬间的参数测量方法可避免回路中电阻和互感对测量的影响；

3.硬件方案简单，易于实现。

附图说明

图1为本发明的一种测量电容器寄生电感参数的系统的结构示意图；

图2为本发明的一种测量电容器寄生电感参数的系统中电容充放电测量模块的电容充放电主电路与电容器、标准电感相连接的电路图；

图3为本发明的一种测量电容器寄生电感参数的系统中电容充放电测量模块的电容充放电主电路与电容器、标准电感相连接的放电回路电路图；

图4为本发明的一种测量电容器寄生电感参数的系统中电容充放电测量模块的电容充放电主电路与电容器、标准电感相连接的放电回路在电容放电瞬间的电路图；

图5为本发明的一种测量电容器寄生电感参数的系统中数据采集与处理模块的电压采集单元的流程图；

图6为本发明的一种测量电容器寄生电感参数的系统中数据采集与处理模块的数据处理单元的流程图。

具体实施方式

以下结合附图1-6和具体实施方式对本发明提出的一种测量电容器寄生电感参数的系统和方法作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种测量电容器寄生电感参数的系统包括：

电容器100；

标准电感200，本实施例中为一根直导线，其与所述电容器100串联形成串联电路；

电容充放电测量模块300，与由电容器100和标准电感200构成的串联电路连接，用于对电容器100进行充电与放电；

数据采集与处理模块400，与电容充放电测量模块300连接，用于发出控制信号并通过控制电容充放电测量模块300对电容器100充电与放电，以及采集电容器100放电前后的电容器100和标准电感200两端的电压，根据采集到的电压计算得到电容器的寄生电感。

进一步地，所述电容充放电测量模块300包含：电容充放电主电路302、驱动电路301；

所述驱动电路301分别与电容充放电主电路302、数据采集与处理模块400相连接，用于接收数据采集与处理模块400发出的控制信号，并发出驱动信号驱动所述电容充放电主电路302对电容器100的充电与放电；

所述电容充放电主电路302分别与所述电容器100、所述标准电感200连接，根据驱动电路301的控制信号对电容器100进行充电与放电。

进一步地，所述数据采集与处理模块400包含：电压采集单元402、信号控制单元401、数据处理单元403；

所述电压采集单元402分别与电容充放电主电路302、数据处理单元403相连接，用于采集电容器100和标准电感200两端的电压，并将采集到的电容器100和标准电感200两端的电压传输至数据处理单元403；

所述信号控制单元401与驱动电路301连接，用于发出控制信号，驱动电路301接收控制信号后驱动所述电容充放电主电路302对电容器100的充电与放电；

所述数据处理单元403根据采集到的电容器100和标准电感200两端电压计算电容器100的寄生电感的电感值。进一步地，如图2所示，所述电容充放电主电路302包含直流源V

直流源V

驱动电路301驱动第一开关管VS

本实施例中所述信号控制单元401和所述数据处理单元403均在FPGA实现，所述信号控制单元401用于发出控制信号通过驱动电路301驱动第一开关管VS

电容器100的寄生电感参数的测量过程分为两个阶段：充电阶段和放电阶段。如图2所示为电容充放电主电路302与电容器100、标准电感200相连接的电路图，其中，第一开关管VS

具体地，利用上述的系统实现测量电容器100的寄生电感参数的方法包含以下步骤：

S1：信号控制单元401发出控制信号至驱动电路301，驱动电路301接收控制信号后驱动电容充放电主电路302的第一开关管VS

S2：信号控制单元401发出控制信号至驱动电路301，驱动电路301接收控制信号后驱动电容充放电主电路302的第一开关管关断VS

S3：如图6所示，将电容器100两端电压和标准电感200两端电压代入相关方程以及由电容器和标准电感的电压比例关系求解电容器寄生电感的电感值。

进一步地，根据电容器放电回路可构建S3步骤的所述的方程如下：

其中，R

由于放电回路上寄生电感L

设电容器100的寄生电感L

根据方程(3)可得L

综上所述，本发明提供的一种测量电容器寄生电感参数系统和方法基于电容充放电的测量方法可实现快速地测量电容器寄生电感参数；利用电容放电瞬间的参数测量方法可避免回路中电阻和互感对测量的影响；且硬件方案简单，易于实现。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。