[发明专利]CCM升压变换器输出电容ESR和C的监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于电能变换装置中的监测技术领域，特别是一种CCM升压(Boost)变换器输出电容ESR和C的监测装置及方法。

背景技术

由于效率高、体积小等优点，开关电源在日常生产生活中应用十分广泛。一般而言，为了得到较为稳定的输出电压，必须采用电容有效滤除高频噪声。变换器工作一段时间之后，电容的容值(Capacitance,C)和等效串联电阻(EquivalentSeriesResistance,ESR)会发生变化，与初电容值C和阻值ESR相比，当该变化量较大时，即可认为该电容已失效，电容的失效将会造成电源和系统的运行故障。降压(Buck)、升压(Boost)、升降压(Buck-Boost)变换器是三种最基本的开关电源变换器，其他的变换器均可以由这三种变换器衍变而来。其中，CCM(ContinuousCurrentMode，电流连续模式)Boost变换器在直流电动机、PFC功率因数校正电路以及直流电源等领域广泛使用，因此监测CCMBoost变换器的输出滤波电容的ESR和C，预测其寿命非常重要。

获取电解电容ESR和C的方法主要可以分别两大类：一个是离线式检测方法，另一个是在线式参数监测。目前较成熟的离线式测量方法多为电桥法(如使用LCR测量仪)或脉宽调制法，但离线式检测方法通常需要观察激励信号下的电容响应，因此必须停止变换装置的运行，甚至需要拆卸电容器，因而不能反映实际工作环境下的参数变化情况。在线式监测手段利用变换装置中相关的电压电流信号，在不影响其正常工作的条件下完成电解电容的参数辨识，实现在线故障预诊断，相较于其它手段更具有实用性，应用范围更广。现如今大部分电解电容参数监测研究只单独针对ESR或C，监测不够全面。国外学者提出通过高速采样电容电流和电压纹波，经卡尔曼滤波算法和塔斯汀双线性方法同时在线获得ESR和C，并建立老化模型分析其剩余寿命，但算法较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CCM升压变换器输出电容ESR和C的监测装置及方法，能够实时监测等效串联电阻ESR和电容的容值C的变化，对电解电容和电源的寿命进行准确预测。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种CCM升压变换器输出电容ESR和C的监测装置，包括Boost变换器主功率电路、驱动电路、显示单元和信号处理模块，所述信号处理模块包括功率电路控制单元、开关频率f_s计算单元、占空比D计算单元、输出电压触发采样单元、电容ESR和C计算单元；

所述Boost变换器主功率电路包括输入电压源V_in、开关管Q_b、续流二极管D_b、滤波电感L、输出滤波电容和负载R_L，所述输出滤波电容包括等效串联电阻ESR和电容C，其中滤波电感L的一端与电压源V_in的正极连接，滤波电感L的另一端分别与开关管Q_b的漏极及续流二极管D_b的阳极连接，开关管Q_b的源极与电压源V_in的负极连接，续流二极管D_b的阴极与等效串联电阻ESR以及负载R_L连接，等效串联电阻ESR的另一端与电容C的一端连接，电容C的另一端及负载R_L的另一端均与电压源V_in的负极连接，负载R_L两端为输出电压v_o；

所述功率电路控制单元的输入端分别与Boost变换器主功率电路的电压源V_in和输出电压v_o连接，功率电路控制单元输出端的PWM信号分别接入开关频率f_s计算单元和占空比D计算单元，Boost变换器主功率电路的输出电压v_o和功率电路控制单元输出端的PWM信号均接入输出电压触发采样单元，开关频率f_s计算单元、占空比D计算单元、输出电压触发采样单元的输出端均接入电容ESR和C计算单元，电容ESR和C计算单元的输出端接入显示单元；

所述驱动电路的输入端与功率电路控制单元输出端的PWM信号连接，驱动电路的输出端接入开关管Q_b的门极。

一种CCM升压变换器输出电容ESR和C的监测方法，包括以下步骤：

步骤1，在信号处理模块中创建功率电路控制单元、开关频率f_s计算单元、占空比D计算单元、输出电压触发采样单元、电容ESR和电容量C计算单元；