儀器儀表商情網 技術分析 隨著法拉級超大電容器件生產與廣泛應用，探討其檢測方案與儀器的設計，也伴隨而行。據了解，目前專業的科研機構和生產企業，多采用恒流充放電、斜率取樣，電腦運算，電腦顯示電容量值與內阻ESR值。專業的檢測設備復雜且昂貴。而現有LCR電橋技術，很難解決法拉級超大電容量的測試。為了適應一般性現場檢測，并且盡量客觀反映超大電容放電釋能動態特性，這里探討非恒流自然放電，設計衰減常數τ=RC=1，在定電阻的條件下，測控秒/法拉的技術方案。可實現不須電腦運算，直讀電容量法拉值。并且，應用I//C工頻變量設計50Hz準恒流源，直讀ESR內阻值。還設計了充放電過程電流電壓測控。這樣，就構成超大電容檢測·法拉儀。

一、秒/法測控，即S/F轉換直讀原理簡述

由電工原理知道，在直流電路中，當時間常數τ=RC=1秒時，設定電阻R=1歐姆，這時的電容量必然為1法拉C=1F。這樣，只須測出常數τ的時間秒（S），就能得到相對應的電容法拉（F）值。其關鍵在于設計自然衰減τ=1的測控裝置。

目前，超大電容量規格寬廣繁多，由毫法拉到千法拉（mF至KF），所以，設計的檢測儀器應盡可能適應寬范的電容規格。同時，還應考慮不同ESR內阻對測試的影響。選擇不同時間量程秒表（S），確定不同電阻R,合理組配，可以設計量程范圍寬廣的電容檔位。

如果將表中時間量（秒）與電阻值（歐），縱橫多項排列組合，便可設計多規格不同量程檔位測試儀器。既能采用LED數碼秒表，與測控電路配合構成數顯直讀方案，也可以設計編程智能方案。

二、自然衰減常數測控與0.368繼電器設計

現時所能見到的超大電容單體標稱電壓有2.7V、3.0V、3.7V等規格，為了適應最低電壓單體器件的測試，這里確定測試電壓為2.5V。設計當τ=1時，取0.368×2.5V=0.9185V，為自然衰減終止電壓。所以設計0.368繼電器。當試品電容充至2.5V時，繼電器動作，秒表計時走字，當電壓衰減至0.9185V繼電器返回，秒表停止。累計走字數顯電容量值。如果放電電阻設計為1Ω，其被試電容一定會按秒/法拉（S/F）關系，反映電容量值。

0.368繼電器與測控電路

電路圖右邊是自然衰減常數0.368繼電器原理電路。由R1R2R3組成高阻輸入電路。在AC12V電源供電條件下，輸入信號1.5V繼電器Jτ動作，能滿足2.5V可靠啟動。CX投入放電，Rτ上電壓衰減至0.9185V時，Jτ返回。由R與C2組成的反饋，使Jτ返回在τ=1的自然衰減點上。電路中Q1Q2 Q3串并組成達林頓復合電路。D1D2D3是反向脈沖保護。C1是保證放電取樣電阻Rτ為0.1Ω時，0.368繼電器Jτ可靠動作。

三、測控過程簡述

0.368自然衰減繼電器測控原理如圖所示。當CX充電至2.5V后，Jc/F繼電器自動切換放電。Jτ動作起動LED秒表走字。放電過程Rτ上電壓衰減。當URτ=0.368×2.5V=0.9185V時，Jτ返回秒表停。這時秒表走字累計數，即顯示被試電容CX法拉值。

四、ESR內阻測試直讀方案

由于超大電容的交流阻抗特小，對于1法拉至1000法拉（1F-1000F）電容量，其工頻50Hz的交流阻抗為3.185×10-3Ω，至3.185×10-6Ω（3.185mΩ至3.185uΩ）。在串聯等效電路里，相對正負極板與引線電阻值，遠大于交流阻抗。因此，設計50Hz工頻恒流電源，測試CX上工頻電壓降。以毫伏對應毫歐。不須運算，直讀ESR內阻值。這里，應用C//I變量法，設計50Hz工頻準恒流源與相應測試方案：

電路元器件選取：

UHL為工頻恒流變量電壓3.185V；C1—C4為恒流抑制電容；C1=10000uF，C2=1000 uF，C3=100 uF，C4=10 uF；VESR為AC200mV交流毫伏表以mv/mΩ·Ω直讀超大電容的ESR內阻值。JESR為內阻測控繼電器，C為隔直電容2uF；CX為被測試超大電容。

五、充放電過程中電流電壓與ESR內阻測控

電路A段：為充電電源AC/DC轉換，與工頻恒流電源；

電路B段：為正向閥漏電流測控，當充電結束約2.5V至2.7V時，操控繼電器Jma，其常閉接點打開，將Rma100Ω投入，同時常開接點按通DW，穩壓2.6-2.8V，并聯在RmA上毫伏表顯示漏電流值。測試后，繼電器JmA常閉接點短路RmA，使充電電流滿足1A或10A。

電路C段：為充放電切換與測控電路，測試超大電容單體時，充電達2.5V-2.6V，繼電器JC/F自動投入放電。并聯在放電電阻Rτ上的常數繼電器Jτ自動測控秒表，以S/F常量累計電容量值。DCA表頭從RA=10mΩ上取電壓mv，顯示充放電過程電流值。

電路D段：為ESR內阻測控與四端測試超大電容CX電路。操控JESR繼電器動作，將工頻恒流源送入CX，同時接通VESR毫伏表，取電壓降以mV反映mΩ或Ω。直讀ESR內阻值。

六、整機電路設計：

上述各測試單元電路，如電容法拉值，充放電過程電流電壓，充電結束漏電流值，以及內阻ESR值，可設計程控智能綜合顯示。

設計實用直讀儀器。適當手控操作，由秒表顯示超大電容量法拉值；由DCmV表顯示充放電流電壓值、漏電流值；由ACmV表顯示內阻ESR值。

已設計應用的HR-2012CD，HR-2012（F），HR-2012（AH）均為實用型儀器。

* 文稿技術方案，僅為初始設計，未來引入智能完善方案，有興趣者，請與文稿作者聯系。

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