一种电解电容老化自动备份电路

技术领域

本发明涉及一种电解电容老化自动备份电路。

背景技术

直流开关电源应用十分广泛，在电力行业中，直流开关电源几乎占据了所有控制保护设备的电源模块份额，然而开关电源受限于内部电容器的工艺问题，常常慢慢老化，有时会给电力二次设备的运行带来较大隐患，据不完全统计，很多变电站控制保护系统的缺陷或事故，均来自于内部电源的供电问题，这个问题在换流站中尤为显著，直流电源板卡异常导致直流输电闭锁的事故已屡次发生，开关电源模块与传统线性稳压电源比较，具有体积小、效率高、成本低、自动化程度高的优点，因此在工业控制领域大量采用。然而开关电源也具有明显的缺点，就是老化速度快，可能对供电的设备带来隐患。

开关电源通过内部开关管不停开关、利用PWM斩波原理来调节、变换电压，开关频率要达到30KHz以上才能有较小的体积和较高的效率。这么高的开关频率就对输出端的滤波电容提出了较高要求，由于普通无极性电容容量小，因此输出端的滤波电容必须采用电解电容，电解电容高频损耗很大，在高频电流作用下会发热以致老化干枯，然而电解电容又不是突然损坏的，而是逐步老化，这就导致了电源模块的滤波效果会逐年降低、输出的纹波会逐年增大。控制保护板卡对电源的要求很高，稍有波动就会导致程序出错跑飞，电源模块的纹波增大到一定幅度时，必然会对板卡的运行产生明显影响，伴随输出电压的失稳、纹波、内阻、交流成分的增加，很容易导致相关板卡的突发故障或死机，甚至误发跳闸闭锁指令，然而现有技术无论是离线还是在线，都没有对电源模块输出纹波进行检测的技术，使开关电源老化导致的隐患始终悬而未决。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种电解电容老化自动备份电路，可以提升电解电容寿命可靠性，能可靠并大幅提升现有直流电源产品的寿命。

实现上述目的的技术方案是：一种电解电容老化自动备份电路，包括电源系统电源变换回路、备用电解电容、压敏电阻、温度开关、二极管、点焊电容和充电电阻，其中：

所述压敏电阻与温度开关并联，再与所述备用电解电容串联后，与所述电源系统电源变换回路的输入端或输出端的主滤波电容并联；

所述二极管与充电电阻并联后与所述点焊电容串联，再与所述压敏电阻并联；

所述压敏电阻的动作电压值为所述电源系统电源变换回路的输入端或输出端的最大纹波电压的1.5倍。

上述的一种电解电容老化自动备份电路，其中，所述压敏电阻与温度开关封装为一体化结构。

上述的一种电解电容老化自动备份电路，其中，当所述主滤波电容滤波效果正常时，直流母线上纹波电压较低，所述压敏电阻不导通；

当所述主滤波电容的滤波效果降低后，直流母线纹波逐步加大，当纹波峰值超过所述压敏电阻的门槛电压后，所述压敏电阻导通，所述备用电解电容开始有高频纹波电流流过，所述压敏电阻2导通后悔急剧发热，所述温度开关受热，其接点闭合，所述备用电解电容被接入回路起到滤波作用。

上述的一种电解电容老化自动备份电路，其中，所述二极管、点焊电容和充电电阻形成了温度开关的点焊强化电路，当所述温度开关闭合瞬间，所述点焊电容的储能迅速在温度开关接点处产生剧烈电弧，焊住所述温度开关的接点，防止所述温度开关反复动作引发电源工作不稳定。

上述的一种电解电容老化自动备份电路，其中，所述充电电阻和二极管用于阻碍电源系统电源变换回路正常工作时的纹波电流流过所述备用电解电容。

本发明的电解电容老化自动备份电路，可以提升电解电容寿命可靠性，能可靠并大幅提升现有直流电源产品的寿命，有益效果在于：

(1)提出的电解电容备份技术，通过电解电容的“备份”，就用简单巧妙地方法实现了电源系统最大的寿命瓶颈——电解电容的寿命倍增，从而可使电源装置的寿命的到非常有效的提升，现有技术需要成倍提升开关电源的寿命，需要至少花费整机3倍的成本，将电解电容替换为固态电容或陶瓷电容才可实现，而本发明仅需增加一个普通备份的电解电容，压敏电阻与温度开关成本均十分低廉，因此本发明仅仅需要增加不到15％的成本，就能同样实现电源寿命的倍增；

(2)通过改进，保证了备用电解电容一旦接入后不再退出，防范了现有技术的电解电容补偿电路频繁动作损坏设备的问题。

附图说明

图1为本发明的电解电容老化自动备份电路的电路图。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：

请参阅图1，本发明的最佳实施例，一种电解电容老化自动备份电路，包括电源系统电源变换回路7、备用电解电容1、压敏电阻2、温度开关3、二极管4、点焊电容5和充电电阻6。

压敏电阻2与温度开关3并联，再与备用电解电容1串联后，与电源系统电源变换回路7的输入端或输出端的主滤波电容71并联；压敏电阻与温度开关封装为一体化结构。二极管4与充电电阻6并联后与点焊电容5串联，再与压敏电阻2并联；压敏电阻2的动作电压值为电源系统电源变换回路7的输入端或输出端的最大纹波电压的1.5倍。

开关电源系统输出的直流电压本来就是一连串具有一定占空比的脉冲电压，只有经过输出端的滤波电容平波后才能变为平滑的直流电压供负载使用。电容器老化后，其介质损耗角会大幅上升，从而令通过高次交流分量的能力下降，其电容量也会减小，从而令放电速度增快。

本发明采用电解电容备份的原理，克服电解电容易老化的问题。具体原理是，备份的电解电容与电源系统电源变换回路7的主滤波电容71的回路上，通过一个压敏电阻2与温度开关3的并联回路与主滤波电容71并联，温度开关3与压敏电阻2一体化封装，当主滤波电容71滤波效果正常时，直流母线上纹波电压较低，压敏电阻2不导通，当主滤波电容71滤波效果降低后，直流母线纹波逐步加大，当纹波峰值超过压敏电阻2门槛电压后，压敏电阻2导通，备用电解电容1开始有高频纹波电流流过，由于压敏电阻2导通后悔急剧发热，当温度升至一定值后，温度开关3受热，接点闭合，备用电解电容1被接入回路起到滤波作用，实现电解电容的备份效果，由于电解电容容量较大，当备用电解电容1通过机械的温度开关3接入回路时，电路接通瞬间会有较大冲击电流，此电流会在温度开关接点上起到“点焊”效果，将温度开关3接点永久合上，实现备用电解电容1的完全接入、取代老化电容的作用。

设直流母线的直流电压成分为C，纹波成分为Asinwt，则直流母线电压Ud为：

Ud＝Asinwt+C

设压敏电阻2的动作门槛电压为U，根据压敏电阻2的伏安特性，则压敏电阻2的电阻表达式为：

R＝∞(当u＞U时)

R＝0(当u＜U时)

由于压敏电阻2存在一定的泄漏电流，当回路接通后，备用电解电容1会逐步充电至接近直流母线电压的平均值，此时备用电解电容1的端电压Uc约为：

Uc＝0.5A+C

压敏电阻2的端电压Uy为：

Uy＝Ud-Uc＝A(0.5-sinwt)

只要压敏电阻2的门槛电压U大于Uy，则任意时间压敏电阻阻抗R＝∞，备用电解电容1无电流，处于备用状态，当随着主滤波电容71的老化，滤波效果下降，A必然越来越大，当Uy大于U时，压敏电阻开始进入导通，备用电解电容1开始进入滤波状态，随着压敏电阻2的通流发热，最终温度开关3接点闭合，备用电解电容1被完全接入回路，同时因电容器的合闸冲击电流，温度开关3接点可被点焊而不再分开，实现备用电解电容1的接入。通过电解电容的“备份”，就用简单巧妙地方法实现了电源插件最大的寿命瓶颈——电解电容的寿命倍增，从而可使电源装置的寿命的到非常有效的提升。

本发明的二极管4、点焊电容5、充电电阻6形成了温度开关3点焊强化电路，由于既有的电解电容老化后，内阻增大，使得备用电解电容1接入后的浪涌电流不一定能可靠焊住温度开关3接点，当温度开关3闭合瞬间，点焊电容5的储能迅速在温度开关接点处产生剧烈电弧，从而确保可靠焊住接点，防止温度开关3反复动作引发电源工作不稳定。充电电阻6与二极管4用于阻碍正常工作时的纹波电流流过备用电解电容1。

上述的实施例均是为了说明本发明而不是限制本发明，本发明不同实施例中的许多技术特征可互换或省略，许多元件的设置可根据需要改变，本发明元件前的“一”或“一个”不排除出现多个这种元件，这些变化均应属于本发明的保护范围。

综上所述，本发明的电解电容老化自动备份电路，可以提升电解电容寿命可靠性，能可靠并大幅提升现有直流电源产品的寿命。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。