一種串聯電容檢測方法和設備的製作方法

2023-09-16 14:46:25 1

專利名稱：一種串聯電容檢測方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及電容技術領域，尤其涉及一種串聯電容檢測方法和設備。
背景技術：
超級電容是一種電容值比較大的器件，它和普通的電容一樣具有快速充電和快速放電的特性，也和電池一樣具有儲存電能的特性。超級電容的電容值比較大，但是它的耐壓值卻比較低，即超級電容能夠承受的電壓值比較低，一般為2V到3V，而目前，大多用電設備對電壓的要求要高於3V，若用超級電容為用電設備提供電能，就需要將多個超級電容串聯起來組成超級電容模塊來增加超級電容的耐壓值。當超級電容串聯成超級電容模塊時，超級電容模塊中任何一個超級電容處於短路狀態，將會使超級電容模塊中的其他超級電容的電壓上升，甚至超過其耐壓值而導致該超級電容失效；其中任何一個超級電容處於開路狀態，將使整個串聯迴路喪失回流路徑，而導致超級電容失去放電能力；其中任何一個超級電容處於容值老化狀態，將使該超級電容的電壓上升，甚至超過其耐壓值而導致該超級電容失效，所以檢測電容在串聯應用時的狀態尤為重要。需要說明的是，容值老化是指電容使用一段時間後，電容的電容值較初始電容值減小的狀態。現有技術中，對串聯電容進行檢測時，首先要用備用電容對串聯電容中的電容進行替換，然後檢測被代替的電容是否失效，重複上述過程直至串聯電容中的所有電容都檢測完畢，但是，串聯電容在應用時的可靠性由串聯電容能夠處於正常工作狀態的概率來決定，而上述電容檢測方法需要用備用電容逐一對串聯電容中的各個電容進行替換，再對被代替的電容進行檢測，測試周期長，電容檢測設備無法及時地檢測到失效電容，使串聯電容無法快速恢復正常工作狀態，因此電容在串聯應用時的可靠性較低。

發明內容
本發明實施例提供了一種串聯電容檢測方法和設備，能夠提高電容串聯應用時的
可靠性。為達到上述目的，本發明的實施例採用如下技術方案:第一方面，本發明實施例提供了一種串聯電容檢測方法，包括:對串聯電容中的各個電容同時進行檢測；判斷所述串聯電容中是否存在失效電容，所述失效電容為處於短路狀態、開路狀態或容值老化狀態的電容；在所述串聯電容中存在失效電容時，用備用電容替換所述失效電容。在結合第一方面的第一種可能的實現方式，所述對串聯電容中的各個電容同時進行檢測包括:同時對所述串聯電容中的各個電容的正、負極的電壓值進行檢測。結合第一方面或第一方面的第一種可能的實現方式，在第二種可能的實現方式中，所述判斷所述串聯電容中是否存在失效電容包括:若所述串聯電容中存在正、負極的電壓值相等的電容，判斷所述正、負極的電壓值相等的電容為處於短路狀態的失效電容。結合第一方面或第一方面的第一種可能的實現方式，在第三種可能的實現方式中，所述判斷所述串聯電容中是否存在失效電容包括:在所述串聯電容充電完成後，若所述串聯電容中存在電壓值有波動的電容，判斷所述正極的電壓值有波動、負極的電壓值不變的電容為處於開路狀態的失效電容，所述電壓值有波動是指在充電後正常電壓值的基礎上有超出正常電壓變化範圍的電壓值變化；或在停止對所述串聯電容充電，並對所述串聯電容放電後，若所述串聯電容中存在在預設時間段內正極的電壓值有超出預設範圍的下降且負極的電壓值不變的電容，判斷所述在預設時間段內正極的電壓值有超出預設範圍的下降且負極的電壓值不變的電容為處於開路狀態的失效電容。結合第一方面或第一方面的第一種可能的實現方式，在第四種可能的實現方式中，所述判斷所述串聯電容中是否存在失效電容包括:在所述串聯電容充電過程中，若所述串聯電容中存在正極電壓值等於穩態閾值、負極電壓值為O的電容，判斷所述正極電壓值等於穩態閾值、負極電壓值為O的電容為處於開路狀態的失效電容。結合第一方面或第一方面的第一種可能的實現方式，在第五種可能的實現方式中，所述判斷所述串聯電容中是否存在失效電容包括:在所述串聯電容充電完成後，控制所述串聯電容中的k個串聯的電容放電，其中，所述串聯電容中包括η個電容，η≥2，2≤k≤η;根據所述k個串聯的電容的放電時間、放電的起始電壓和放電的終止電壓獲得所述k個串聯的電容的電容值；旁路所述k個串聯的電容中的一個待測電容得到k-Ι個串聯的電容；控制所述k-Ι個串聯的電容放電；根據所述k-Ι個串聯的電容的放電時間、放電的起始電壓和放電的終止電壓獲得所述k-Ι個串聯的電容的電容值；根據所述k個串聯的電容的電容值和所述k-Ι個串聯的電容的電容值獲得所述待測電容的測量電容值；將所述待測電容的測量電容值與所述待測電容的可用電容值閾值進行比較，所述可用電容值閾值是指電容處於可用狀態的最低電容值；若所述待測電容的測量電容值小於所述電容的可用電容值閾值，判斷所述待測電容處於容值老化狀態。第二方面，本發明實施例提供了一種串聯電容檢測設備，包括:檢測單元，用於對串聯電容中的各個電容同時進行檢測；判斷單元，用於根據所述檢測單元的檢測結果判斷所述串聯電容中是否存在失效電容，所述失效電容為處於短路狀態、開路狀態或容值老化狀態的電容；控制單元，用於在所述判斷單元判斷所述串聯電容中存在失效電容時，用備用電容替換所述失效電容。
在結合第二方面的第一種可能的實現方式中，所述檢測單元具體用於:同時對所述串聯電容中的各個電容的正、負極的電壓值進行檢測。結合第二方面或第二方面的第一種可能的實現方式，在第二種可能的實現方式中，所述串聯電容檢測設備還包括:二次電源，所述二次電源與所述串聯電容連接，用於對所述串聯電容充電。結合第二方面或第二方面的第一種或第二種可能的實現方式，在第三種可能的實現方式中，所述判斷單元具體用於:若所述串聯電容中存在正、負極的電壓值相等的電容，判斷所述正、負極的電壓值相等的電容為處於短路狀態的失效電容。結合第二方面或第二方面的第一種或第二種可能的實現方式，在第四種可能的實現方式中，所述判斷單元具體用於:在所述串聯電容充電完成後，若所述串聯電容中存在電壓值有波動的電容，判斷所述正極的電壓值有波動、負極的電壓值不變的電容為處於開路狀態的失效電容，所述電壓值有波動是指在充電後正常電壓值的基礎上有超出正常電壓變化範圍的電壓值變化；或者，在停止對所述串聯電容充電，並對所述串聯電容放電後，若所述串聯電容中存在在預設時間段內正極的電壓值有超出預設範圍的下降且負極的電壓值不變的電容，判斷所述在預設時間段內正極的電壓值有預設範圍的下降且負極的電壓值不變的電容為處於開路狀態的失效電容。結合第二方面或第二方面的第一種或第二種可能的實現方式，在第五種可能的實現方式中，所述判斷單元具 體用於:在所述串聯電容充電過程中，若所述串聯電容中存在正極電壓值等於穩態閾值、負極電壓值為O的電容，判斷所述正極電壓值等於穩態閾值、負極電壓值為O的電容為處於開路狀態的失效電容。結合第二方面或第二方面的第一種或第二種可能的實現方式，在第六種可能的實現方式中，所述判斷單元具體用於:在所述串聯電容充電完成後，控制所述串聯電容中的k個串聯的電容放電，其中，所述串聯電容包括η個電容，η彡2，2彡k彡η;根據所述k個串聯的電容的放電時間、放電的起始電壓和放電的終止電壓獲得所述k個串聯的電容的電容值；旁路所述k個串聯的電容中的一個待測電容得到k-Ι個串聯的電容；控制所述k-Ι個串聯的電容放電；根據所述k-Ι個串聯的電容的放電時間、放電的起始電壓和放電的終止電壓獲得所述k-Ι個串聯的電容的電容值；根據所述k個串聯的電容的電容值和所述k-Ι個串聯的電容的電容值獲得所述待測電容的測量電容值；將所述待測電容的測量電容值與所述待測電容的可用電容值閾值進行比較；若所述待測電容的測量電容值小於所述電容的可用電容值閾值，判斷所述待測電容處於容值老化狀態。第三方面，本發明實施例提供了一種串聯電容檢測設備，所述串聯電容檢測設備與串聯電容連接，所述串聯電容中包括η個電容，η ≥ 2 ；所述串聯電容檢測設備包括:至少一個複雜可編程邏輯器件CPLD，所述CPLD用於對串聯電容中的各個電容同時進行檢測，判斷所述串聯電容中是否存在失效電容，所述失效電容為處於短路狀態、開路狀態或容值老化狀態的電容，在所述串聯電容中存在失效電容時，控制用備用電容替換所述失效電容。在結合第三方面的第一種可能的實現方式中，所述CPLD包括m個模擬數字轉換器ADC管腳，所述m個ADC管腳分別與所述串聯電容中的η個電容的正、負極連接，其中，所述CPLD的m個ADC管腳中的第x個ADC管腳和第x+1個ADC管腳分別與所述串聯電容中的第X個電容的負極和正極連接，用於同時對所述串聯電容中的第X個電容的負極的電壓值和正極的電壓值進行檢測，所述2 ≤ m ≤η,所述I ≤ X ≤ m。結合第三方面或第三方面的第一種可能的實現方式，在第二種可能的實現方式中，所述CPLD具體用於:若所述串聯電容中存在正、負極的電壓值相等的電容，判斷所述正、負極的電壓值相等的電容為處於短路狀態的失效電容。結合第三方面或第三方面的第一種可能的實現方式，在第三種可能的實現方式中，所述CPLD具體用於:在所述串聯電容充電完成後，若所述串聯電容中存在電壓值有波動的電容，判斷所述正極的電壓值有波動、負極的電壓值不變的電容為處於開路狀態的失效電容，所述電壓值有波動是指在充電後正常電壓值的基礎上有超出正常電壓變化範圍的電壓值變化；或在停止對所述串聯電容充電，並對所述串聯電容放電後，若所述串聯電容中存在在預設時間段內正極的電壓值有超出預設範圍的下降且負極的電壓值不變的電容，判斷所述在預設時間段內正極的電壓值有超出預設範圍的下降且負極的電壓值不變的電容為處於開路狀態的失效電容。結合第三方面或第三方面的第一種可能的實現方式，在第四種可能的實現方式中，所述CPLD具體用於:在所述串聯電容充電過程中，若所述串聯電容中存在正極電壓值等於穩態閾值、負極電壓值為O的電容，判斷所述正極電壓值等於穩態閾值、負極電壓值為O的電容為處於開路狀態的失效電容。結合第三方面或第三方面的第一種可能的實現方式，在第五種可能的實現方式中，所述CPLD具體用於:在所述串聯電容充電完成後，控制所述串聯電容中的k個串聯的電容放電，其中，所述串聯電容中包括n個電容，n≥2，2≤k≤n;根據所述k個串聯的電容的放電時間、放電的起始電壓和放電的終止電壓獲得所述k個串聯的電容的電容值；旁路所述k個串聯的電容中的一個待測電容得到k-Ι個串聯的電容；控制所述k-Ι個串聯的電容放電；根據所述k-Ι個串聯的電容的放電時間、放電的起始電壓和放電的終止電壓獲得所述k-Ι個串聯的電容的電容值；
根據所述k個串聯的電容的電容值和所述k-Ι個串聯的電容的電容值獲得所述待測電容的測量電容值；將所述待測電容的測量電容值與所述待測電容的可用電容值閾值進行比較，所述可用電容值閾值是指電容處於可用狀態的最低電容值；若所述待測電容的測量電容值小於所述電容的可用電容值閾值，判斷所述待測電容處於容值老化狀態。結合第三方面至第三方面的第五種可能的實現方式，在第六種可能的實現方式中，所述檢測設備還包括:η個P溝道金屬氧化物半導體PM0S，每個PMOS分別與所述CPLD的通用輸入輸出GPIO管腳、所述串聯電路中的一個電容連接，用於在所述串聯電容中存在失效電容時，由所述CPLD通過GPIO管腳控制導通，使所述失效電容旁路；N溝道金屬氧化物半導體NM0S，所述NMOS與所述CPLD的GP I O管腳、備用電容連接，用於在所述串聯電容中存在失效電容時，由所述CPLD通過GPIO管腳控制截止，用所述備用電容替換所述失效電容；則，所述CPLD，還用於通過GPIO管腳在所述串聯電容中存在失效電容時，控制所述PMOS導通使所述失效電容旁路，控制所述NMOS截止用所述備用電容替換所述失效電容。結合第三方面至第三方面的第六種可能的實現方式，在第七種可能的實現方式中，所述檢測設備還包括:直流對直流電源DC-DC，所述DC-DC —端與所述CPLD的GPIO管腳連接，另一端與所述串聯電容連接，用於在所述CPLD的GPIO管腳的控制下對所述串聯電容充電。結合第三方面至第三方面的第七種可能的實現方式，在第八種可能的實現方式中，所述檢測設備還包括:雙極結電晶體BJT，所述BJT的基極與所述CPLD的管腳GPIO連接，所述BJT的發射極接地，所述BJT的集電極與所述串聯電容連接，用於控制所述串聯電容放電。 本發明實施例提供的一種串聯電容檢測方法和設備，對串聯電容中的各個電容同時進行檢測，判斷所述串聯電容中是否存在失效電容，所述失效電容為處於短路狀態、開路狀態或容值老化狀態的電容；在所述串聯電容中存在失效電容時，用備用電容替換所述失效電容，相對於現有技術，不是用備用電容逐一對串聯電容中的各個電容進行替換，再對被代替的電容進行檢測，而是對串聯電容中的各個電容同時進行檢測，當檢測到失效電容時，用備用電容替換失效電容，可以及時的檢測到失效電容並用備用電容替換失效電容，使串聯電容快速恢復正常工作狀態，因此，提高了電容串聯應用時的可靠性。


圖1為本發明實施例1提供的一種串聯電容檢測方法流程圖；圖2為本發明實施例1提供的一種檢測串聯電容中是否存在處於短路狀態的失效電容的方法流程圖；圖3為本發明實施例1提供的一種串聯電容檢測設備示意圖；圖4為本發明實施例1提供的一種檢測串聯電容中是否存在處於開路狀態的失效電容的方法流程圖5為本發明實施例1提供的一種串聯電容中存在處於開路狀態的失效電容的波形圖；圖6為本發明實施例1提供的另一種串聯電容中存在處於開路狀態的失效電容的波形圖；圖7為本發明實施例1提供的一種檢測串聯電容中是否存在處於容值老化狀態的失效電容的方法流程圖；圖8為本發明實施例1提供的一種在串聯電容充電過程中檢測串聯電容中是否存在處於短路狀態的失效電容的方法流程圖；圖9為本發明實施例1提供的一種在串聯電容充電過程中檢測串聯電容中是否存在處於開路狀態的失效電容的方法流程圖；圖10為本發明實施例2提供的另一種串聯電容檢測設備示意圖；圖11為本發明實施例2提供的又一種串聯電容檢測設備示意圖；圖12為本發明實施例2提供的再一種串聯電容檢測設備示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。實施例1:本發明實施例提供了一種串聯電容檢測方法，如圖1所示，包括:101、串聯電容檢測設備對串聯電容中的各個電容同時進行檢測。優選的，所述串聯電容檢測設備同時對所述串聯電容中的各個電容的正、負極的電壓值進行檢測。102、串聯電容檢測設備判斷所述串聯電容中是否存在失效電容，所述失效電容為處於短路狀態、開路狀態或容值老化狀態的電容。優選的，在所述串聯電容充電過程中或在所述串聯電容充電完成後，都可以根據串聯電容中是否存在正、負極的電壓值相等的電容，來判斷所述正、負極的電壓值相等的電容為處於短路狀態的失效電容。需要說明的是，在所述串聯電容充電過程中，由於串聯電容正在充電，所以串聯電容中的各個串聯的電容的電壓值小於穩態閾值，在所述串聯電容充電完成後，由於串聯電容的充電過程已經完成，所以串聯電容中的各個串聯的電容的電壓值小於或等於穩態閾值，兩種狀態下的電壓值不相等。穩態閾值是指串聯電容在充電過程中達到的最大電壓值。因此，在所述串聯電容充電過程中或在所述串聯電容充電完成後都可以根據串聯電容中是否存在正、負極的電壓值相等的電容，即存在正、負極間的電壓為O的電容，來判斷所述正、負極的電壓值相等的電容為處於短路狀態的失效電容。具體的，在所述串聯電容充電過程中或在所述串聯電容充電完成後，若所述串聯電容中存在正、負極的電壓值相等的電容，判斷所述正、負極的電壓值相等的電容為處於短路狀態的失效電容。優選的，在所述串聯電容充電完成後，若所述串聯電容中存在電壓值有波動的電容，判斷所述正極的電壓值有波動、負極的電壓值不變的電容為處於開路狀態的失效電容，電壓值有波動是指在充電後正常電壓值的基礎上有超出正常電壓變化範圍的電壓值變化，即電壓值與原來的電壓值的差值超出正常變化範圍，例如，某電容正極的電壓值在充電完成後，電壓值應不變，正常情況下，其電壓值的變化範圍不應超出原來的電壓值的±5%，若電壓與原來的電壓值的差值超過原來電壓值的5%，則可以認為該電容的電壓值有超出正常電壓變化範圍的電壓值變化，即出現了波動。或在停止對所述串聯電容充電，並對所述串聯電容放電後，若所述串聯電容中存在在預設時間段內正極的電壓值有超出預設範圍的下降且負極的電壓值不變的電容，判斷所述在預設時間段內正極的電壓值有超出預設範圍的下降且負極的電壓值不變的電容為處於開路狀態的失效電容。優選的，在所述串聯電容充電過程中，若所述串聯電容中存在正極電壓值等於穩態閾值、負極電壓值為O的電容，判斷所述正極電壓值等於穩態閾值、負極電壓值為O的電容為處於開路狀態的失效電容。優選的，在所述串聯電容充電完成後，控制所述串聯電容中的k個串聯的電容放電，其中，所述串聯電容中包括η個電容，n ^ 2,2 ^ k ^ η ;根據所述k個串聯的電容的放電時間、放電的起始電壓和放電的終止電壓獲得所述k個串聯的電容的電容值；旁路所述k個串聯的電容中的一個待測電容得到k-Ι個串聯的電容；控制所述k-Ι個串聯的電容放電；根據所述k-Ι個串聯的電容的放電時間、放電的起始電壓和放電的終止電壓獲得所述k-1個串聯的電容的電容值；根據所述k個串聯的電容的電容值和所述k-Ι個串聯的電容的電容值獲得所述待測電容的測量電容值；將所述待測電容的測量電容值與所述待測電容的可用電容值閾值進行比較，所述可用電容值閾值是指電容處於可用狀態的最低電容值；若所述待測電容的測量電容值小於所述電容的可用電容值閾值，判斷所述待測電容處於容值老化狀態。103、在所述串聯電容中存在失效電容時，串聯電容檢測設備用備用電容替換所述失效電容。`這樣一來，對串聯電容中的各個電容同時進行檢測，判斷所述串聯電容中是否存在失效電容，所述失效電容為處於短路狀態、開路狀態或容值老化狀態的電容；在所述串聯電容中存在失效電容時，用備用電容替換所述失效電容，相對於現有技術，不是用備用電容逐一對串聯電容中的各個電容進行替換，再對被代替的電容進行檢測，而是對串聯電容中的各個電容同時進行檢測，當檢測到失效電容時，用備用電容替換失效電容，可以及時的檢測到失效電容並用備用電容替換失效電容，使串聯電容快速恢復正常工作狀態，因此，提高了電容串聯應用時的可靠性。需要說明的是，供電電源和串聯電容都可以與用電設備導通，向用電設備提供電能，一般情況下供電電源與用電設備導通，向用電設備提供電能，此時供電電源的電壓值大於串聯電容的電壓值，當所述供電電源出現故障，如供電電源的電壓值小於串聯電容的電壓值時，串聯電容與所述用電設備導通，向所述用電設備提供電能，此時的串聯電容為充電完成狀態，即完成了充電過程。因此就需要對所述串聯電容中各個串聯的電容進行檢測，通過檢測結果來判斷該串聯電容中是否存在處於短路狀態、開路狀態和容值老化狀態的失效電容，來保證串聯電容能夠正常向所述用電設備提供電能。具體的，本發明實施例還提供了一種串聯電容檢測方法，如圖2所示，包括:
本發明實施例圖2中假設以圖3所示的串聯電容檢測設備來檢測串聯電容中是否存在失效電容。在圖3中，串聯電容檢測設備包括:一個CPLD (Complex Programmable LogicDevice,複雜可編程邏輯器件)，所述 CPLD 的 6 個 ADC (Analog to Digital Converter,模擬數字轉換器)管腳為 ADC5、ADC4、ADC3、ADC2、ADC1 和 ADC0，所述 ADC5、ADC4、ADC3、ADC2、ADCl和ADCO分別與串聯電容中的5個電容C5、C4、C3、C2和Cl的正、負極連接，例如，所述CPLD的6個ADC管腳中的第3個ADC管腳ADC3和第4個ADC管腳ADC4分別與該串聯電容中的第4個電容C4的負極和正極連接，用於同時對第4個電容C4的負極的電壓值和正極的電壓值進行檢測。5 個 PMOS (Positive channel Metal Oxide Semiconductor, P 溝道金屬氧化物半導體)為Q5、Q4、Q3、Q2和Q1，所述Q5、Q4、Q3、Q2和Ql的柵極G分別與CPLD的5個GPIO (General Purpose Input/Output，通用輸入輸出)管腳 GP105、GP104、GP103、GP102 和GP101連接，所述Q5、Q4、Q3、Q2和Ql的源極S分別與串聯電容中的5個電容C5、C4、C3、C2和Cl的正極連接，所述Q5、Q4、Q3、Q2和Ql的漏極D分別與串聯電容中的5個電容C5、C4、C3、C2和Cl的負極連接，用於在所述串聯電容中存在失效電容時，所述CPLD通過GPIO管腳控制與失效電容的正、負極相連的所述PMOS導通，使所述失效電容旁路。一個備用電容CO，用於在串聯電容中存在失效電容時，替換所述失效電容。一個NMOS (Negative channel Metal Oxide Semiconductor, N溝道金屬氧化物半導體)為Q0，所述QO的柵極G與所述CPLD的GP100管腳連接，所述QO的源極S與備用電容CO的正極連接，所述QO的漏極D與備用電容CO的負極連接，用於在所述串聯電容中存在失效電容時，所述CPLD通過GP100管腳控制所述NMOS QO截止，使所述備用電容替換所述失效電容。一個 DC-DC (direct current to direct current,直流對直流電源)，該 DC-DC 的一端與所述CPLD的第7個GPIO管腳GP106連接，另一端與5個串聯電容連接，在圖3中，該DC-DC的另一端與電容C5的正極連接，用於在所述CPLD的管腳GP106的控制下對該串聯電容充電。一個 BJT (Bipolar Junction Transistor,雙極結電晶體)，該 BJT 的基極 B 與所述CPLD的第8個GPIO管腳GP107連接，所述BJT的發射極E接地，所述BJT的集電極C與串聯電容連接，在圖3中，該BJT的集電極C與電容C5的正極連接，用於控制所述串聯電容放電。需要說明的是，圖3中的備用電容也可以存在多個，存在的個數可以與串聯電容中的電容的個數相等。圖3中的電容按照CO、Cl、C2、C3、C4、C5的順序依次連接，CO的負極接地，C5的正極接DC-DC的輸出，僅作為示例，實際應用時也可以採用其他的連接順序。當然，本實施例中GP10、ADC、電容、PMOS的個數也僅是作為示例，具體應用時可以根據實際
需要選擇合適的數量。在串聯電容充電完成後，本發明實施例圖2中以圖3所示的串聯電容檢測設備來檢測串聯電容中是否存在處於短路狀態的失效電容，具體步驟如下:201、CPLD通過GP106管腳控制DC-DC開啟，使串聯電容充電，直至充電完成。202、CPLD的6個ADC管腳同時對串聯電容中的5個電容的正、負極的電壓值進行檢測。
具體的，如圖3所示，在串聯電容充電完成後，CPLD的6個ADC管腳ADC5、ADC4、ADC3、ADC2、ADC1和ADCO分別對串聯電容中的5個電容C5、C4、C3、C2和Cl的正、負極的電壓值進行檢測，其中，管腳ADC5檢測的是電容C5的正極的電壓值，將該電壓值記為V5 ;管腳ADC4檢測的是電容C5的負極和電容C4的正極的電壓值，將該電壓值記為V4 ;管腳ADC3檢測的是電容C4的負極和電容C3的正極的電壓值，將該電壓值記為V3 ;管腳ADC2檢測的是電容C3的負極和電容C2的正極的電壓值，將該電壓值記為V2 ;管腳ADCl檢測的是電容C2的負極和電容Cl的正極的電壓值，將該電壓值記為Vl ;管腳ADCO檢測的是電容Cl的負極的電壓值，將該電壓值記為V0。203、若所述串聯電容中存在正、負極的電壓值相等的電容，判斷所述正、負極的電壓值相等的電容為處於短路狀態的失效電容。示例的，當電容C5、C4、C3、C2和Cl正常工作時，假設C5的正極的電壓V5為12V，因為電容在串聯應用中會有均壓電路給電容進行均壓，所以在正常工作時，ADC5到ADCO檢測到的電壓，即V5至VO應該分別為12V、9.6V、7.2V、4.8V、2.4V和0V，若該串聯電容在工作過程中，ADC5到ADCO檢測到的電壓分別為12V、9V、9V、6V、3V和0V，ADC4檢測到的電壓值V4和ADC3檢測到的電壓值V3相等，即該串聯電容中存在正、負極的電壓值相等的電容C4，判斷所述正、負極的電壓值相等的電容C4為處於短路狀態的失效電容。204、CPLD通過GPIOO管腳控制NMOS QO導通，用備用電容CO替換所述失效電容。示例的，假設所述失效電容為C5，用備用電容CO替換所述失效電容C5的過程具體為:CPLD通過GP105管腳控制所述PMOS Q5的源極S與失效電容C5的正極導通，控制所述PMOS Q5的漏極D與失效電容C5的負極導通，串聯電容中的電流依次通過PMOS Q5的源極S，柵極G和漏極D從電容C4的正極流入串聯電容，使失效電容C5旁路，CPLD通過GPIOO管腳控制NMOS QO的源極S與備用電容CO的正極截止，控制所述NMOS QO的漏極D與備用電容CO的負極截止，串聯電容中的電流直接從備用電容CO的正極流入，使備用電容CO接入串聯電容，用備用電容CO替換失效電容C5。這樣一來，採用圖3所示的串聯電容檢測設備來檢測串聯電容中是否存在處於短路狀態的失效電容，當串聯電容中存在處於短路狀態的失效電容時，用備用電容替換所述處於短路狀態的失效電容，可以及時的檢測到處於短路狀態的失效電容並用備用電容替換處於短路狀態的失效電容，使串聯電容快速恢復正常工作狀態，因此，提高了電容串聯應用時的可靠性。本發明實施例還提供了一種串聯電容檢測方法，如圖4所示，包括:在串聯電容充電完成後，本發明實施例圖4中仍假設以圖3所示的串聯電容檢測設備來檢測串聯電容中是否存在處於開路狀態的失效電容。401、CPLD通過GP106管腳控制DC-DC開啟，使串聯電容充電，直至充電完成。402、CPLD的6個ADC管腳同時對串聯電容中的5個電容的正、負極的電壓值進行檢測。具體的，以圖3所示，在串聯電容充電完成後，用CPLD的6個ADC管腳ADC5、ADC4、ADC3、ADC2、ADC1和ADCO分別對串聯電容中的5個電容C5、C4、C3、C2和Cl的正、負極的電壓值進行檢測，其中，管腳ADC5檢測的是電容C5的正極的電壓值，將該電壓值記為V5 ;管腳ADC4檢測的是電容C5的負極和電容C4的正極的電壓值，將該電壓值記為V4 ;管腳ADC3檢測的是電容C4的負極和電容C3的正極的電壓值，將該電壓值記為V3 ;管腳ADC2檢測的是電容C3的負極和電容C2的正極的電壓值，將該電壓值記為V2 ;管腳ADCl檢測的是電容C2的負極和電容Cl的正極的電壓值，將該電壓值記為Vl ;管腳ADCO檢測的是電容Cl的負極的電壓值，將該電壓值記為V0。403、若所述串聯電容中存在電壓值有波動的電容，判斷所述正極的電壓值有波動，負極的電壓值不變的電容為處於開路狀態的失效電容，所述電壓值有波動是指在充電後正常電壓值的基礎上有超出正常電壓變化範圍的電壓值變化。示例的，若以圖3所示的檢測電路對串聯電容進行檢測，當CPLD的6個ADC管腳ADC5、ADC4、ADC3、ADC2、ADC1和ADCO分別對串聯電容中的5個電容C5、C4、C3、C2和Cl的正、負極的電壓值進行檢測時，若ADC5、ADC4、ADC3、ADC2、ADC1和ADCO檢測到的電壓值V5、V4、V3、V2、Vl和VO中的某個電壓值有波動，判斷所述正極的電壓值有波動，負極的電壓值不變的電容為處於開路狀態的失效電容。示例的，如圖5所示，為電容C3處於開路狀態時CPLD的6個ADC管腳ADC5、ADC4、ADC3、ADC2、ADCl和ADCO分別對串聯電容中的5個電容C5、C4、C3、C2和Cl的正、負極的電壓值檢測的結果圖，圖中橫軸為檢測時間t，縱軸為檢測的電壓值V，在tl至t2時間段內電容C4和C3的電壓值有波動，電容C2和Cl的電壓值基本不變。可以判斷正極的電壓值有波動，負極的電壓值不變的電容C3為處於開路狀態的失效電容。由於串聯電容中電容的電壓值的波動一般較小，所以根據電壓值是否有波動來判斷串聯電容中是否存在處於開路狀態的失效電容僅作為實施例中的一種測試方法，判斷的結果可能不夠準確。此外，除了 401 403所提供的方法，本發明實施例還提供了另一種判斷串聯電容中是否存在處於開路狀態的失效電容的方法，該方法為:在停止對所述串聯電容充電，並對所述串聯電容放電後，若所述串聯電容中存在預設時間段內正極的電壓值有超出預設範圍的下降且負極的電壓值不變的電容，判斷所述在預設時間段內正極的電壓值有超出預設範圍的下降且負極的電壓值不變的電容為處於開路狀態的失效電容。具體的，在CPLD通過GP106管腳控制DC-DC關斷，停止對串聯電容充電，並且CPLD通過GP107管腳控制BJT導通，使串聯電容放電後，然後在預設時間段內觀察CPLD的6個ADC管腳ADC5、ADC4、ADC3、ADC2、ADCl和ADCO分別對串聯電容中的5個電容C5、C4、C3、C2和Cl的正、負極的電壓值的檢測結果，若串聯電容中的5個電容C5、C4、C3、C2和Cl中的某個電容的正極的電壓值突然有超出預設範圍的下降且負極的電壓值不變，則判斷在該預設時間段內正極的電壓值突然有超出預設範圍的下降且負極的電壓值不變的電容為處於開路狀態的失效電容。示例的，假設預設範圍為正常電壓值的99%到正常電壓值之間，假設電容C3的正常電壓值為7V，則電容C3的預設範圍為6.93V至7V之間變化時，都屬於正常變化範圍，而在該預設時間段內電容C3的正極的電壓值突然變化為5V且負極的電壓值不變，判斷所述正極的電壓值突然有超出預設範圍的下降且負極的電壓值不變的電容C3為處於開路狀態的失效電容，如圖6所示，為電容C3處於開路狀態時CPLD的6個ADC管腳ADC5、ADC4、ADC3、ADC2、ADC1和ADCO分別對串聯電容中的5個電容C5、C4、C3、C2和Cl的正、負極的電壓值檢測的結果圖，圖中橫軸為檢測時間t，縱軸為檢測的電壓值V，tl時刻電容C3的電壓值為7V，在tl時間停止對串聯電容充電，在t2至t3時間段內電容C4和C3的電壓值都發生了變化，其中，電容C3的電壓值變化為5V，電容C2和Cl的電壓值基本不變。
404、CPLD通過GPIOO管腳控制NMOS QO導通，用備用電容CO替換所述失效電容。示例的，假設所述失效電容為C5，用備用電容CO替換所述失效電容C5的過程具體為:CPLD通過GP105管腳控制所述PMOS Q5的源極S與失效電容C5的正極導通，控制所述PMOS Q5的漏極D與失效電容C5的負極導通，串聯電容中的電流依次通過PMOS Q5的源極S，柵極G和漏極D從電容C4的正極流入串聯電容，使失效電容C5旁路，CPLD通過GPIOO管腳控制NMOS QO的源極S與備用電容CO的正極截止，控制所述NMOS QO的漏極D與備用電容CO的負極截止，串聯電容中的電流直接從備用電容CO的正極流入，使備用電容CO接入串聯電容，用備用電容CO替換失效電容C5。這樣一來，採用圖3所示的串聯電容檢測設備來檢測串聯電容中是否存在處於開路狀態的失效電容，當串聯電容中存在處於開路狀態的失效電容時，用備用電容替換所述處於開路狀態的失效電容，可以及時的檢測到處於開路狀態的失效電容並用備用電容替換處於開路狀態的失效電容，使串聯電容快速恢復正常工作狀態，因此，提高了電容串聯應用時的可靠性。本發明實施例還提供了一種串聯電容檢測方法，如圖7所示，包括:在串聯電容充電完成後，本發明實施例圖7中仍假設以圖3所示的串聯電容檢測設備來檢測串聯電容中是否存在處於容值老化狀態的失效電容。701、CPLD通過GP106管腳控制DC-DC開啟，使串聯電容充電，直至充電完成。702、CPLD通過GP107管腳控制BJT導通，使所述串聯電容中的5個串聯的電容放電。具體的，在串聯電容充電完成後，CPLD通過GP107管腳控制BJT導通，使串聯電容中的5個電容C5、C4、C3、C2和Cl放電，並記錄該串聯電容的放電時間Tl、放電的起始電壓Va和放電的終止電壓Vb。需要說明的是，在串聯電容放電過程中，仍然要保證串聯電容能夠向用電設備提供電能，所以該串聯電容的放電的終止電壓Vb不能低於預設的第一電壓閾值，所述第一電壓閾值為保證串聯電容能夠向用電設備提供電能的最低電壓值。703、根據所述5個串聯的電容的放電時間、放電的起始電壓和放電的終止電壓獲得所述5個串聯的電容的電容值。具體的，根據公式Tl = -CRln(Vb/Va)來計算5個串聯的電容的整體的電容值C15，其中，Tl為該串聯電容的放電時間；Va為該串聯電容的放電的起始電壓；Vb為該串聯電容的放電的終止電壓。704,CPLD通過GPIO管腳旁路所述5個串聯的電容中的一個待測電容得到4個串聯的電容。示例的，假設電容C5為待測電容，即將串聯電容中的電容C5旁路，得到4個串聯電容。具體的，CPLD通過GP105管腳控制所述PM0SQ5的源極S與失效電容C5的正極導通，控制所述PMOS Q5的漏極D與失效電容C5的負極導通，串聯電容中的電流依次通過PMOSQ5的源極S，柵極G和漏極D從電容C4的正極流入串聯電容，使失效電容C5旁路，得到由電容C4、C3、C2和Cl組成的4個串聯電容。需要說明的是，為了保證串聯電容有足夠的電量進行放電測試，在放電過程中需要CPLD控制所述CPLD的GP106管腳開啟DC-DC，向串聯電容充電，使串聯電容的電壓恢復到預設的第二電壓閾值，所述第二電壓閾值為保證串聯電容有足夠的電量進行放電測試的最低電壓值。705、0 0)通過6 107管腳控制BJT導通，使所述4個串聯的電容放電。具體的，CPLD通過GP107管腳控制BJT導通，使串聯電容中的4個電容C4、C3、C2和Cl放電，並記錄該串聯電容的放電時間T2、放電的起始電壓Vc和放電的終止電壓VcL需要說明的是，在該4個串聯電容放電過程中，仍然要保證串聯電容能夠向用電設備提供電能，所以該串聯電容的放電的終止電壓Vd也不能低於預設的第一電壓閾值，所述第一電壓閾值為保證串聯電容能夠向用電設備提供電能的最低電壓值。706、根據所述4個串聯的電容的放電時間、放電的起始電壓和放電的終止電壓獲得所述4個串聯的電容的電容值。具體的，根據公式T2 = -CRln(Vd/Vc)來計算4個串聯的電容的整體的電容值C14，其中，T2為該串聯電容的放電時間；Vc為該串聯電容的放電的起始電壓；Vd為該串聯電容的放電的終止電壓。707、根據所述4個串聯的電容的電容值和所述4個串聯的電容的電容值獲得所述待測電容的測量電容值。 具體的，根據公式
權利要求
1.種串聯電容檢測方法，其特徵在於，包括: 對串聯電容中的各個電容同時進行檢測； 判斷所述串聯電容中是否存在失效電容，所述失效電容為處於短路狀態、開路狀態或容值老化狀態的電容； 在所述串聯電容中存在失效電容時，用備用電容替換所述失效電容。
2.據權利要求1所述的串聯電容檢測方法，其特徵在於，所述對串聯電容中的各個電容同時進行檢測包括: 同時對所述串聯電容中的各個電容的正、負極的電壓值進行檢測。
3.據權利要求1或2所述的串聯電容檢測方法，其特徵在於，所述判斷所述串聯電容中是否存在失效電容包括: 若所述串聯電容中存在正、負極的電壓值相等的電容，判斷所述正、負極的電壓值相等的電容為處於短路狀態的失效電容。
4.據權利要求1或2所述的串聯電容檢測方法，其特徵在於，所述判斷所述串聯電容中是否存在失效電容包括: 在所述串聯電容充電完成後，若所述串聯電容中存在電壓值有波動的電容，判斷所述正極的電壓值有波動、負極的電壓值不變的電容為處於開路狀態的失效電容，所述電壓值有波動是指在充電後正常電壓值的基礎上有超出正常電壓變化範圍的電壓值變化； 或在停止對所述串聯電容充電，並對所述串聯電容放電後，若所述串聯電容中存在在預設時間段內正極的電壓值 有超出預設範圍的下降且負極的電壓值不變的電容，判斷所述在預設時間段內正極的電壓值有超出預設範圍的下降且負極的電壓值不變的電容為處於開路狀態的失效電容。
5.據權利要求1或2所述的串聯電容檢測方法，其特徵在於，所述判斷所述串聯電容中是否存在失效電容包括: 在所述串聯電容充電過程中，若所述串聯電容中存在正極電壓值等於穩態閾值、負極電壓值為O的電容，判斷所述正極電壓值等於穩態閾值、負極電壓值為O的電容為處於開路狀態的失效電容。
6.據權利要求1或2所述的串聯電容檢測方法，其特徵在於，所述判斷所述串聯電容中是否存在失效電容包括: 在所述串聯電容充電完成後，控制所述串聯電容中的k個串聯的電容放電，其中，所述串聯電容中包括η個電容，η彡2，2彡k彡η ; 根據所述k個串聯的電容的放電時間、放電的起始電壓和放電的終止電壓獲得所述k個串聯的電容的電容值； 旁路所述k個串聯的電容中的一個待測電容得到k-Ι個串聯的電容； 控制所述k-Ι個串聯的電容放電； 根據所述k-Ι個串聯的電容的放電時間、放電的起始電壓和放電的終止電壓獲得所述k-Ι個串聯的電容的電容值； 根據所述k個串聯的電容的電容值和所述k-Ι個串聯的電容的電容值獲得所述待測電容的測量電容值； 將所述待測電容的測量電容值與所述待測電容的可用電容值閾值進行比較，所述可用電容值閾值是指電容處於可用狀態的最低電容值； 若所述待測電容的測量電容值小於所述電容的可用電容值閾值，判斷所述待測電容處於容值老化狀態。
7.種串聯電容檢測設備，其特徵在於，包括: 檢測單元，用於對串聯電容中的各個電容同時進行檢測； 判斷單元，用於根據所述檢測單元的檢測結果判斷所述串聯電容中是否存在失效電容，所述失效電容為處於短路狀態、開路狀態或容值老化狀態的電容； 控制單元，用於在所述判斷單元判斷所述串聯電容中存在失效電容時，用備用電容替換所述失效電容。
8.據權利要求7所述的串聯電容檢測設備，其特徵在於，所述檢測單元具體用於: 同時對所述串聯電容中的各個電容的正、負極的電壓值進行檢測。
9.據權利要求7或8所述的串聯電容檢測設備，其特徵在於，所述串聯電容檢測設備還包括: 二次電源，所述二次電源與所述串聯電容連接，用於對所述串聯電容充電。
10.據權利要求7至9任一所述的串聯電容檢測設備，其特徵在於，所述判斷單元具體用於: 若所述串聯電容中存在正、負極的電壓值相等的電容，判斷所述正、負極的電壓值相等的電容為處於短路狀態的失效電容。
11.據權利要求7至9任一所述的串聯電容檢測設備，其特徵在於，所述判斷單元具體用於: 在所述串聯電容充電完成後，若所述串聯電容中存在電壓值有波動的電容，判斷所述正極的電壓值有波動、負極的電壓值不變的電容為處於開路狀態的失效電容，所述電壓值有波動是指在充電後正常電壓值的基礎上有超出正常電壓變化範圍的電壓值變化； 或者，在停止對所述串聯電容充電，並對所述串聯電容放電後，若所述串聯電容中存在在預設時間段內正極的電壓值有超出預設範圍的下降且負極的電壓值不變的電容，判斷所述在預設時間段內正極的電壓值有超出預設範圍的下降且負極的電壓值不變的電容為處於開路狀態的失效電容。
12.據權利要求7至9任一所述的串聯電容檢測設備，其特徵在於，所述判斷單元具體用於: 在所述串聯電容充電過程中，若所述串聯電容中存在正極電壓值等於穩態閾值、負極電壓值為O的電容，判斷所述正極電壓值等於穩態閾值、負極電壓值為O的電容為處於開路狀態的失效電容。
13.據權利要求7至9任一所述的串聯電容檢測設備，其特徵在於，所述判斷單元具體用於: 在所述串聯電容充電完成後，控制所述串聯電容中的k個串聯的電容放電，其中，所述串聯電容包括η個電容，η彡2，2彡k彡η; 根據所述k個串聯的電容的放電時間、放電的起始電壓和放電的終止電壓獲得所述k個串聯的電容的電容值； 旁路所述k個串聯的電容中的一個待測電容得到k-Ι個串聯的電容；控制所述k-Ι個串聯的電容放電； 根據所述k-ι個串聯的電容的放電時間、放電的起始電壓和放電的終止電壓獲得所述k-Ι個串聯的電容的電容值； 根據所述k個串聯的電容的電容值和所述k-Ι個串聯的電容的電容值獲得所述待測電容的測量電容值； 將所述待測電容的測量電容值與所述待測電容的可用電容值閾值進行比較，所述可用電容值閾值是指電容處於可用狀態的最低電容值； 若所述待測電容的測量電容值小於所述電容的可用電容值閾值，判斷所述待測電容處於容值老化狀態。
14.種串聯電容檢測設備，其特徵在於，所述串聯電容檢測設備與串聯電容連接，所述串聯電容中包括η個電容，n ^ 2 ； 所述串聯電容檢測設備包括: 至少一個複雜可編程邏輯器件CPLD，所述CPLD用於對串聯電容中的各個電容同時進行檢測，判斷所述串聯電容中是否存在失效電容，所述失效電容為處於短路狀態、開路狀態或容值老化狀態的電容，在所述串聯電容中存在失效電容時，控制用備用電容替換所述失效電容。
15.據權利要求14所述的串聯電容檢測設備，其特徵在於，所述CPLD包括m個模擬數字轉換器ADC管腳，所述m個ADC管腳分別與所述串聯電容中的η個電容的正、負極連接，其中，所述CPLD的m個ADC管腳中的第x個ADC管腳和第x+1個ADC管腳分別與所述串聯電容中的第X個電容的負極和正極連接，用於同時對所述串聯電容中的第X個電容的負極的電壓值和正極的電壓值進行檢測，所述2 < m < η,所述I < X < m。
16.據權利要求14或15所述的串聯電容檢測設備，其特徵在於，所述CPLD具體用於: 若所述串聯電容中存在正、負極的電壓值相等的電容，判斷所述正、負極的電壓值相等的電容為處於短路狀態的失效電容。
17.據權利要求14或15所述的串聯電容檢測設備，其特徵在於，所述CPLD具體用於: 在所述串聯電容充電完成後，若所述串聯電容中存在電壓值有波動的電容，判斷所述正極的電壓值有波動、負極的電壓值不變的電容為處於開路狀態的失效電容，所述電壓值有波動是指在充電後正常電壓值的基礎上有超出正常電壓變化範圍的電壓值變化； 或在停止對所述串聯電容充電，並對所述串聯電容放電後，若所述串聯電容中存在在預設時間段內正極的電壓值有超出預設範圍的下降且負極的電壓值不變的電容，判斷所述在預設時間段內正極的電壓值有超出預設範圍的下降且負極的電壓值不變的電容為處於開路狀態的失效電容。
18.據權利要求14或15所述的串聯電容檢測設備，其特徵在於，所述CPLD具體用於: 在所述串聯電容充電過程 中，若所述串聯電容中存在正極電壓值等於穩態閾值、負極電壓值為O的電容，判斷所述正極電壓值等於穩態閾值、負極電壓值為O的電容為處於開路狀態的失效電容。
19.據權利要求14或15所述的串聯電容檢測設備，其特徵在於，所述CPLD具體用於: 在所述串聯電容充電完成後，控制所述串聯電容中的k個串聯的電容放電，其中，所述串聯電容中包括η個電容，η彡2，2彡k彡η ; 根據所述k個串聯的電容的放電時間、放電的起始電壓和放電的終止電壓獲得所述k個串聯的電容的電容值； 旁路所述k個串聯的電容中的一個待測電容得到k-Ι個串聯的電容； 控制所述k-Ι個串聯的電容放電； 根據所述k-Ι個串聯的電容的放電時間、放電的起始電壓和放電的終止電壓獲得所述k-Ι個串聯的電容的電容值； 根據所述k個串聯的電容的電容值和所述k-Ι個串聯的電容的電容值獲得所述待測電容的測量電容值； 將所述待測電容的測量電容值與所述待測電容的可用電容值閾值進行比較，所述可用電容值閾值是指電容處於可用狀態的最低電容值； 若所述待測電容的測量電容值小於所述電容的可用電容值閾值，判斷所述待測電容處於容值老化狀態。
20.據權利要求14至19任一所述的串聯電容檢測設備，其特徵在於，還包括: η個P溝道金屬氧化物半導體PMO S，每個PMOS分別與所述CPLD的通用輸入輸出GPIO管腳、所述串聯電路中的一個電容連接，用於在所述串聯電容中存在失效電容時，由所述CPLD通過GPIO管腳控制導通，使所述失效電容旁路； N溝道金屬氧化物半導體NM0S，所述NMOS與所述CPLD的GPIO管腳、備用電容連接，用於在所述串聯電容中存在失效電容時，由所述CPLD通過GPIO管腳控制截止，用所述備用電容替換所述失效電容； 貝U，所述CPLD，還用於通過GPIO管腳在所述串聯電容中存在失效電容時，控制所述PMOS導通使所述失效電容旁路，控制所述NMOS截止用所述備用電容替換所述失效電容。
21.據權利要求14至20任一所述的串聯電容檢測設備，其特徵在於，還包括: 直流對直流電源DC-DC，所述DC-DC —端與所述CPLD的GPIO管腳連接，另一端與所述串聯電容連接，用於在所述CPLD的GPIO管腳的控制下對所述串聯電容充電。
22.據權利要求14至21任一所述的串聯電容檢測設備，其特徵在於，還包括: 雙極結電晶體BJT， 所述BJT的基極與所述CPLD的管腳GPIO連接，所述BJT的發射極接地，所述BJT的集電極與所述串聯電容連接，用於控制所述串聯電容放電。
全文摘要
本發明公開了一種串聯電容檢測方法和設備，涉及電容技術領域，能夠提高電容串聯應用時的可靠性。該串聯電容檢測方法，包括對串聯電容中的各個電容同時進行檢測；判斷所述串聯電容中是否存在失效電容，所述失效電容為處於短路狀態、開路狀態或容值老化狀態的電容；在所述串聯電容中存在失效電容時，用備用電容替換所述失效電容。本發明用於對串聯電容的檢測。
文檔編號G01R31/02GK103091590SQ20131003484
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月30日 優先權日2013年1月30日
發明者林冬冬 申請人:華為技術有限公司