[发明专利]提高电容器的工作寿命的方法、电容器控制电路结构及其应用

说明书

技术领域

本发明大体上涉及电容器的领域。更具体地说，本发明涉及一种调节电容器的工作以延长所述电容器在使用所述电容器的电子电路中的工作寿命的方法，以及一种具有延长的工作寿命的电容器控制电路结构。

背景技术

电容器为电子电路中必不可少的电子元件。电容器广泛应用于使电力平稳的电源滤波电路、信号耦合电路、谐振电路等等。电解电容器是其中一种电容器，近年来得到广泛应用。不过，电解电容器具有较短的工作寿命，导致许多电子电路的使用寿命直接与其使用的电解电容器的寿命相关。例如，LED灯(发光二极管)为具有约5至10万小时寿命的长寿固态光源，而电解电容器则具有约3至6千小时的寿命。换句话说，LED的工作寿命受LED的滤波和驱动电路所用的电解电容器严重影响。

电解电容器在结构上使用电解液，即一种离子导电液体。电解电容器内部的湿电解化学物会随着其老化而蒸发，因此最终会失效。一般来说，电解电容器的负载寿命反映在一定载荷条件下电解电容器的基本电气性能的变化量，显示电容器在电路工作期间的老化作用。由于较高的温度会加速电解化学物的蒸发，负载寿命的相应温度通常表示由制造商推荐的电解电容器的最高额定工作温度。电解电容器所用的电解质会蒸发，所以电解电容器的负载寿命会在设定温度下以小时来计算。

在电子和/或电气工程领域中众所周知的是，电解电容器会随着其老化及其ESR(等效串联电阻)的相应增大而逐渐失效。由于ESR决定电容器在平稳电压的滤波电路的功率损耗量，所以ESR应保持为尽可能地小。电解电容器的功率损耗会随着流经的脉动电流的平方而变化，并与ESR成比例。低ESR为高效率电源的关键因素。随着电解电容器在电子电路正常使用过程中老化，其ESR将会增加。因此，电解电容器再不能于电子电路中发挥其预定的功能。

图1所示为现有技术的典型AC-DC降压整流电路，其使用电解电容器在整流后使DC电压平稳。该电路包括隔离变压器T1，将家居AC电压(例如220伏特)降低为较低的电压；全波桥式整流电路，包括4个二极管：D1、D2、D3和D4，将降低的AC电压转换成DC电压；以及电解电容器Ecap1，使所述DC电压平稳。

图2a所示为图1所示的AC-DC降压整流电路中经过电解电容器Ecap1的正常DC输出电压波形。图2b所示为模拟的输出电压波形，其中电解电容器Ecap1的ESR变成无限大，就好像该电容器为断路。正如图2b所示，当ESR增大到无限大，表示电解电容器Ecap1的老化已到最坏的情况，这时该电容器可能无法提供其预定的使输出电压平稳的功能。由于AC-DC整流电路通常用于驱动另一电子电路，电解电容器因老化而引起的故障可在总体上对该电子电路的功能和性能产生负面影响。

已有人花费了大量的时间和努力，试图尽可能地使电解电容器的寿命最大化。例如，US2005/0270723A1、CN101900269A、CN102222568A、和CN102136370A都提出了电容器的寿命的改进措施。然而，这些改进措施均涉及电容器本身结构的改变。

因此，本领域需要一种新的方法，通过调节电路应用中电容器的工作而富成本效益地提高电容器的工作寿命。

发明内容

研究本发明是为了实现上文提出的需要，因此本发明的主要目的是提供了一种新方法，试图实现延长电容器在电子电路的工作寿命的任务。本发明的特征在于配置两个或多个相同的电容器模块，并使电容器模块在电子电路中轮流工作，以致于在电子电路的任何工作时刻，只容许一个电容器模块工作并且每一个电容器模块在电子电路内大体上工作相等的时间，从而使电子电路所用的电容器模块的工作寿命最大化。

下文所用的术语“电容器模块”是指用于电子应用的单个电容器；或用于电子应用的模块，其包括一定数量的串联和/或并联在一起的电容器。

对于两个或多个电容器模块而言，如果其中一个电容器模块比其它电容器模块的失效时间早很多，而失效的模块不再起作用，那么电子应用中的每一电容器模块的寿命就不可以尽可能地最大化。如果每一个模块被配置成具有大致相同的工作时间，这就会非常理想。

本发明的这些和其它目的以及优点可通过一种提高电容器模块(例如电解电容器模块)在使用所述电容器模块的电子电路中的工作寿命的方法来达成，所述方法包括以下步骤：

提供具有相同配置的两个或多个电容器模块；

交替地控制所述两个或多个电容器模块中的相应一个电容器模块在所述电子电路工作第一预定时间。