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CN113960353A - 一种高压电源的高精度低纹波测试装置及方法 - Google Patents

一种高压电源的高精度低纹波测试装置及方法 Download PDF

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CN113960353A CN202111213532.XA CN202111213532A CN113960353A CN 113960353 A CN113960353 A CN 113960353A CN 202111213532 A CN202111213532 A CN 202111213532A CN 113960353 A CN113960353 A CN 113960353A
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Abstract

本发明公开了一种高压电源的高精度低纹波测试装置及方法，所述装置包括高压输出电源、测试设备、多个可调电容以及至少一个电阻，所述多个可调电容与至少一个电阻R1顺次串联以后并联接入高压输出电源的正负极，所述可调电容与电阻R1的连接线连接测试设备的检测探头；本发明的优点在于：准确、高效、方便的测试全频段电压纹波。

Description

一种高压电源的高精度低纹波测试装置及方法
技术领域
本发明涉及纹波测试技术领域，更具体涉及一种高压电源的高精度低纹波测试装置及方法。
背景技术
目前对于高压电源的纹波检测，基本检测方法采用高压高精度电阻分压方式或者采用固定电容和电阻分压方式解决；电阻分压存在多个电阻分压且损耗大，低频不容易检测问题，例如，中国专利公开号CN108008174A，公开的一种电源纹波电压检测装置，包括具有示波器探头的示波器(1)，所述示波器探头包括探头负极(2)和探头正极探针(3)；其特征在于：还包括滤波电路，该滤波电路包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第一电容(C1)和第二电容(C2)，其中第一电阻(R1)的第一端与电源的正极连接，第一电阻(R1)的第二端与探头正极探针(3)连接，第二电阻(R2)的第一端、第一电容(C1)的正极和第二电容(C2)的正极均与探头正极探针(3)连接，第二电阻(R2)的第二端、第一电容(C1)的负极和第二电容(C2)的负极均与探头负极(2)及电源的负极连接。与现有技术相比，该专利申请通过设置滤波电路，将不必要的干扰信号滤除，保证测试的一致性，但是其对低频不容易检测；而固定电容和电阻分压方式，实际使用中存在不断调整参数，测试过程繁琐，且需结合实际工况匹配阻抗角和电阻值，导致误差大且损耗大，不能准确、高效、方便测试全频段电压纹波。
综上所述，由于以上两种方法均不能准确、高效、方便的测试全频段电压纹波，需要设计一种新的测试高压电源电压纹波的装置及方法以解决目前行业内存在的上述亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术测试高压电源电压纹波的装置及方法不能准确、高效、方便的测试全频段电压纹波的问题。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种高压电源的高精度低纹波测试装置，包括高压输出电源、测试设备、多个可调电容以及至少一个电阻，所述多个可调电容与至少一个电阻R1顺次串联以后并联接入高压输出电源的正负极，所述可调电容与电阻R1的连接线连接测试设备的检测探头；
利用公式U＝U0+U0/ωRC+U0C0/C获取纹波电压有效值，其中，U为纹波电压有效值；C0为测试设备的等效电容；U0为电阻R1两端的取样电压；ω为纹波电压角频率；RC为可调电容和电阻R1的时间常数，C为可调电容的容值。
本发明串联的可调电容实现隔直流通交流纹波电压的作用，且与电阻R1分压得出测试值，整体方案利用可变电容加电阻结合的方式实现高压电源的纹波电压检测，利用测试设备的等效电容、电阻R1两端的取样电压等数据即可计算得出纹波电压有效值，结果准确，过程简单高效，测试方便，实现全频段电压纹波测试。
进一步地，所述可调电容有20个，依次为顺序编号的电容C1至电容C20，所述电容C1至电容C20顺次串联连接，所述电容C1的非串联端与高压输出电源的正极HV+连接，所述电容C20的非串联端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与高压输出电源的负极HV-连接，所述电容C20与电阻R1的连接线上设置测试点。
更进一步地，所述测试设备的检测探头包括正极检测探头和负极检测探头，所述测试点连接测试设备的正极检测探头，所述测试设备的负极检测探头接地。
进一步地，所述测试设备为示波器。
进一步地，所述电阻R1为高精度低温漂电阻。
本发明还提供一种高压电源的高精度低纹波测试装置的方法，所述方法包括：
构建高压电源的高精度低纹波测试装置的等效模型；
基于等效模型获取阻抗角度；
调整高压电源的高精度低纹波测试装置的可调电容的容值，实现最佳阻抗角度范围，从而根据调整后的可调电容的容值更新纹波电压有效值的计算公式，利用更新后的纹波电压有效值计算公式获取纹波电压有效值。
进一步地，所述构建高压电源的高精度低纹波测试装置的等效模型包括：
利用公式Z＝Z1+R//Z2构建高压电源的高精度低纹波测试装置的等效模型，其中，Z1为所有可调电容的总体阻抗，Z2为测试设备的等效电容C0的等效阻抗；R为电阻R1的阻抗。
更进一步地，所述基于等效模型获取阻抗角度包括：
利用公式Cosθ＝-RZ2 2/[R2(Z1+Z2)-(Z1+R)Z2 2]获取阻抗角度的余弦值，其中，θ为阻抗角度。
更进一步地，所述调整高压电源的高精度低纹波测试装置的可调电容的容值，实现最佳阻抗角度范围，包括：
调整高压电源的高精度低纹波测试装置的可调电容的容值，当阻抗角度的余弦值Cosθ的范围为0.8～0.82时，实现最佳阻抗角度范围。
进一步地，所述阻抗角度与测试误差相关。
本发明的优点在于：
(1)本发明串联的可调电容实现隔直流通交流纹波电压的作用，且与电阻R1分压得出测试值，整体方案利用可变电容加电阻结合的方式实现高压电源的纹波电压检测，利用测试设备的等效电容、电阻R1两端的取样电压等数据即可计算得出纹波电压有效值，结果准确，过程简单高效，测试方便，实现全频段电压纹波测试。
(2)本发明构建高压电源的高精度低纹波测试装置的等效模型；基于等效模型获取阻抗角度；调整高压电源的高精度低纹波测试装置的可调电容的容值，实现最佳阻抗角度范围，从而根据调整后的可调电容的容值更新纹波电压有效值的计算公式，利用更新后的纹波电压有效值计算公式获取纹波电压有效值，减小测试误差，进一步提高测试结果的准确性和精确度。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的一种高压电源的高精度低纹波测试装置的原理图；
图2为本发明实施例所提供的一种高压电源的高精度低纹波测试装置上加上测试设备的等效电容后的原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
高压电源纹波的产生主要来源有：输入整流电路低频纹波、变换器的高频开关纹波、寄生参数共模纹波、变换器开关器件过程中产生的超高频谐振噪声及闭环控制引起的纹波噪声，以下详细介绍检测纹波的装置及方法。
如图1所示，一种高压电源的高精度低纹波测试装置，包括高压输出电源、测试设备、多个可调电容以及至少一个电阻，所述多个可调电容与至少一个电阻R1顺次串联以后并联接入高压输出电源的正负极，所述可调电容与电阻R1的连接线连接测试设备的检测探头；所述可调电容有20个，依次为顺序编号的电容C1至电容C20，所述电容C1至电容C20顺次串联连接，所述电容C1的非串联端与高压输出电源的正极HV+连接，所述电容C20的非串联端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与高压输出电源的负极HV-连接，所述电容C20与电阻R1的连接线上设置测试点。可调电容实现隔直流通交流纹波电压的作用，且与电阻R1分压得出测试值，整体方案利用可变电容加电阻结合的方式实现高压电源的纹波电压检测。
所述测试设备的检测探头包括正极检测探头和负极检测探头，所述测试点连接测试设备的正极检测探头，所述测试设备的负极检测探头接地。本实施例中，所述测试设备为示波器。所述电阻R1为高精度低温漂电阻。
硬件测试装置确定以后，通过以下方式计算纹波电压：
利用公式U＝U0+U0/ωRC+U0C0/C获取纹波电压有效值，其中，U为纹波电压有效值；C0为测试设备的等效电容；U0为电阻R1两端的取样电压；ω为纹波电压角频率；RC为可调电容和电阻R1的时间常数，C为可调电容的容值。
为了减小测试误差，得到更为准确的纹波电压有效值计算模型，以下进行阻抗角度的优化调整：
如图2所示，首先，构建高压电源的高精度低纹波测试装置的等效模型，该等效测试模型为连同示波器的探头或其他测试设备分布电容C0叠加于电阻R1两端；具体的：利用公式Z＝Z1+R//Z2构建高压电源的高精度低纹波测试装置的等效模型，其中，Z为等效模型特殊阻抗，Z1为所有可调电容的总体阻抗也即可调电容C1～C20的总体阻抗，Z2为测试设备的等效电容C0的等效阻抗；R为电阻R1的阻抗。
然后，基于等效模型获取阻抗角度；具体的：利用公式Cosθ＝-RZ2 2/[R2(Z1+Z2)-(Z1+R)Z2 2]获取阻抗角度的余弦值，其中，θ为阻抗角度。
经过大量测试论证，发现测试误差与阻抗角度直接相关；通过可调电容的调整可轻松实现整体阻抗角度的实现；故调整高压电源的高精度低纹波测试装置的可调电容的容值，实现最佳阻抗角度范围，从而根据调整后的可调电容的容值更新纹波电压有效值的计算公式，利用更新后的纹波电压有效值计算公式获取纹波电压有效值。本实施例中，当阻抗角度的余弦值Cosθ的范围为0.8～0.82时，实现最佳阻抗角度范围。
通过以上技术方案，本发明串联的可调电容实现隔直流通交流纹波电压的作用，且与电阻R1分压得出测试值，整体方案利用可变电容加电阻结合的方式实现高压电源的纹波电压检测，利用测试设备的等效电容、电阻R1两端的取样电压等数据即可计算得出纹波电压有效值，结果准确，过程简单高效，测试方便，实现全频段电压纹波测试。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高压电源的高精度低纹波测试装置，其特征在于，包括高压输出电源、测试设备、多个可调电容以及至少一个电阻，所述多个可调电容与至少一个电阻R1顺次串联以后并联接入高压输出电源的正负极，所述可调电容与电阻R1的连接线连接测试设备的检测探头；
利用公式U＝U0+U0/ωRC+U0C0/C获取纹波电压有效值，其中，U为纹波电压有效值；C0为测试设备的等效电容；U0为电阻R1两端的取样电压；ω为纹波电压角频率；RC为可调电容和电阻R1的时间常数，C为可调电容的容值。
2.根据权利要求1所述的一种高压电源的高精度低纹波测试装置，其特征在于，所述可调电容有20个，依次为顺序编号的电容C1至电容C20，所述电容C1至电容C20顺次串联连接，所述电容C1的非串联端与高压输出电源的正极HV+连接，所述电容C20的非串联端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与高压输出电源的负极HV-连接，所述电容C20与电阻R1的连接线上设置测试点。
3.根据权利要求2所述的一种高压电源的高精度低纹波测试装置，其特征在于，所述测试设备的检测探头包括正极检测探头和负极检测探头，所述测试点连接测试设备的正极检测探头，所述测试设备的负极检测探头接地。
4.根据权利要求1所述的一种高压电源的高精度低纹波测试装置，其特征在于，所述测试设备为示波器。
5.根据权利要求1所述的一种高压电源的高精度低纹波测试装置，其特征在于，所述电阻R1为高精度低温漂电阻。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种高压电源的高精度低纹波测试装置的方法，其特征在于，所述方法包括：
构建高压电源的高精度低纹波测试装置的等效模型；
基于等效模型获取阻抗角度；
调整高压电源的高精度低纹波测试装置的可调电容的容值，实现最佳阻抗角度范围，从而根据调整后的可调电容的容值更新纹波电压有效值的计算公式，利用更新后的纹波电压有效值计算公式获取纹波电压有效值。
7.根据权利要求6所述的一种高压电源的高精度低纹波测试装置的方法，其特征在于，所述构建高压电源的高精度低纹波测试装置的等效模型包括：
利用公式Z＝Z1+R//Z2构建高压电源的高精度低纹波测试装置的等效模型，其中，Z1为所有可调电容的总体阻抗，Z2为测试设备的等效电容C0的等效阻抗；R为电阻R1的阻抗。
8.根据权利要求7所述的一种高压电源的高精度低纹波测试装置的方法，其特征在于，所述基于等效模型获取阻抗角度包括：
利用公式Cosθ＝-RZ2 2/[R2(Z1+Z2)-(Z1+R)Z2 2]获取阻抗角度的余弦值，其中，θ为阻抗角度。
9.根据权利要求8所述的一种高压电源的高精度低纹波测试装置的方法，其特征在于，所述调整高压电源的高精度低纹波测试装置的可调电容的容值，实现最佳阻抗角度范围，包括：
调整高压电源的高精度低纹波测试装置的可调电容的容值，当阻抗角度的余弦值Cosθ的范围为0.8～0.82时，实现最佳阻抗角度范围。
10.根据权利要求6所述的一种高压电源的高精度低纹波测试装置的方法，其特征在于，所述阻抗角度与测试误差相关。
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