CCM升压变换器输出电容ESR和C的监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种CCM升压变换器输出并联电容ESR和C的监测装置及方法。该装置包括Boost变换器主功率电路、驱动电路、显示单元，一只参数已知的电容与电流互感器，以及信号处理模块，其中信号处理模块包括功率电路控制单元、开关频率fs计算单元、占空比D计算单元、输出电压采样单元、电容电流触发采样单元、电容ESR和C计算单元。本发明专利技术可以在不影响电路正常工作的情况下对电容的参数ESR和C进行监测，为电容和电源的寿命预测提供依据，无需额外参数，方便实现。

【技术实现步骤摘要】
CCM升压变换器输出电容ESR和C的监测装置及方法
本专利技术属于电能变换装置中的监测
，特别是涉及一种CCM升压变换器输出电容ESR和C的监测装置及方法。
技术介绍
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。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，在Boost电路中，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，若不能及时进行更换将造成巨大的损失，因此能够实时监测电容的C和ESR值并判断电容是否失效十分重要。现有的监测技术大都采用离线式监测方式，需要停止变换器的工作，因此十分不方便，即使采用在线监测，过程操作也十分繁琐，并且精准度不高。
技术实现思路
本专利技术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。实现本专利技术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，一只参数已知的电容与电流互感器，以及信号处理模块，所述信号处理模块包括功率电路控制单元、开关频率fs计算单元、占空比D计算单元、输出电压采样单元、电容电流触发采样单元、电感L以及电容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Vin、开关管Qb、续流二极管Db、滤波电感L、输出滤波电容和负载RL，所述输出滤波电容包括等效串联电阻ESR和电容C，其中开关管Qb的源极与电压源Vin的负极连接，续流二极管Db的阳极与开关管Qb的漏极连接，续流二极管Db的阴极分别与等效串联电阻ESR、负载RL连接，滤波电感L的一端与续流二极管Db的阳极连接，滤波电感L的另一端与电压源Vin的正极连接，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、负载RL的另一端均与电压源Vin的负极连接，负载RL与参数已知的并联输出电容并联，其两端为输出平均电压为Vo；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Vin和输出平均电压Vo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fs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平均电压Vo接入输出电压采样单元，电流互感隔离放大单元和功率电路控制单元输出端的PWM信号均接入电容电流触发采样单元，开关频率fs计算单元、占空比D计算单元、输出电压采样单元和电容电流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Qb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，在输出端并联上一个参数已知的电容，在信号处理模块中创建功率电路控制单元、开关频率fs计算单元、占空比D计算单元、输出电压采样单元、电容电流触发采样单元、电容ESR和C计算单元；步骤2，信号处理模块的功率电路控制单元采集Boost变换器主功率电路的输出平均电压Vo和输入电压Vin，得到PWM信号并经驱动电路驱动开关管Qb；步骤3，功率电路控制单元输出的PWM信号送入开关频率fs计算单元和占空比D计算单元，经开关频率fs计算单元处理得出变换器当前的开关频率fs，经占空比D计算单元处理得出变换器当前的占空比D；步骤4，Boost变换器主功率电路的输出平均电压Vo送入输出电压采样单元，得到输出电压的平均值；步骤5，功率电路控制单元输出的PWM信号和电流互感隔离放大单元(8)的电容电流ix送入电容电流触发采样单元，通过延时程序处理对电容电流等DTs/10间隔采样，得到电容电流在DTs—Ts之间的瞬时值ix(DTs)、ix[(1+DTs)/10]、ix[(1+DTs)/5]、ix[3(1+DTs)/10]、ix[2(1+DTs)/5]、ix[(1+DTs)/2]、ix[3(1+DTs)/5]、ix[7(1+DTs)/10]、ix[4(1+DTs)/5]、ix[9(1+DTs)/10]、ix(Ts)共11个值；步骤6，将得到的开关频率fs、占空比D、输出电压的平均值Vo以及电容电流的瞬时值ix(DTs)、ix[(1+DTs)/10]、ix[(1+DTs)/5]、ix[3(1+DTs)/10]、ix[2(1+DTs)/5]、ix[(1+DTs)/2]、ix[3(1+DTs)/5]、ix[7(1+DTs)/10]、ix[4(1+DTs)/5]、ix[9(1+DTs)/10]、ix(Ts)送入电容ESR和C计算单元进行曲线拟合和综合处理，得到Boost变换器中输出滤波电容当前等效串联电阻ESR和电容C的值；步骤7，电容ESR和C计算单元将所得的等效串联电阻ESR和电容C的值送入显示单元实时显示。与现有技术相比，本专利技术的显著优点为：本专利技术针对CCMBoost变换器的输出滤波电容，设计出一种高效稳定的输出滤波电容等效串联电阻ESR和电容C的在线监测装置及方法，该方法可以在不影响电路正常工作的情况下对电容的参数ESR和C进行监测，为电容和电源的寿命预测提供依据，无需额外参数，方便实现。附图说明图1是CCMBoost变换器开关周期中的工作波形图。图2是本专利技术CCM升压变换器输出电容ESR和C的监测装置的结构示意图。其中：Vin-输入电压，Iin-输入电流，iL-电感电流，iC-电容电流，iCx-并联电容电流，Io-输出电流，Vo-输出电压平均值，Qb-开关管，Db-二极管，L-电感，C-输出滤波电容值，ESR-等效串联电阻值，Cx-并联电容的电容值，ESRx-并联电容的等效串联电阻值，RL-负载，Vgs-开关管Qb的驱动电压，D-占空比，t-时间，fs-变换器开关频率，ΔIL-电感电流纹波峰峰值，vESR-等效串联电阻上的电压，vC-电容上的电压。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作出进一步详细说明。1、理论推导：图1为CCMBoost变换器开关周期中的工作波形。当开关管Qb导通时，二极管Db截止，电感L两端的电压为Vin，其电感电流iL以Vin/L的斜率线性上升。当二极管Db关断时，电感电流iL通过二极管Db续流，此时电感L两端的电压为Vin-Vo，电感电流iL以(Vin-Vo)/L的斜率下降。由于Boost变换器工作在CCM模式，因此在开关周期结束前，电感电流iL未下降到零。电感电流iL在一个开关周期内的平均值即为输出电流Io。电容电流iC的表达式为：其中Vin为输入电压，Vo为输出电压平均值，L为电感值，fs为Boost变换器的开关频率，D为开关管的占空比，Ts为Boost变换器的开关周期，t为时间，Io为电感电流在一个开关周期内的平均值。可以设：可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CCM升压变换器输出并联电容ESR和C的监测装置，其特征在于，包括Boost变换器主功率电路(1)、驱动电路(3)、参数已知的并联输出电容(7)、电流互感隔离放大单元(8)、显示单元(11)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(2)、开关频率fs计算单元(4)、占空比D计算单元(5)、输出电压采样单元(6)、电容电流触发采样单元(9)、电容ESR和C计算单元(10)；所述Boost变换器主功率电路(1)包括输入电压源Vin、开关管Qb、续流二极管Db、滤波电感L、输出滤波电容和负载RL，所述输出滤波电容包括等效串联电阻ESR和电容C，其中开关管Qb的源极与电压源Vin的负极连接，续流二极管Db的阳极与开关管Qb的漏极连接，续流二极管Db的阴极分别与等效串联电阻ESR、负载RL连接，滤波电感L的一端与续流二极管Db的阳极连接，滤波电感L的另一端与电压源Vin的正极连接，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、负载RL的另一端均与电压源Vin的负极连接，负载RL与参数已知的并联输出电容(7)并联，其两端为输出平均电压为Vo；所述功率电路控制单元(2)的输入端分别与Boost变换器主功率电路(1)的电压源Vin和输出平均电压Vo连接，功率电路控制单元(2)输出端的PWM信号分别接入开关频率fs计算单元(4)和占空比D计算单元(5)，Boost变换器主功率电路(1)的输出平均电压Vo接入输出电压采样单元(6)，电流互感隔离放大单元(8)和功率电路控制单元(2)输出端的PWM信号均接入电容电流触发采样单元(9)，开关频率fs计算单元(4)、占空比D计算单元(5)、输出电压采样单元(6)和电容电流触发采样单元(9)的输出端均接入电容ESR和C计算单元(10)，电容ESR和C计算单元(10)的输出端接入显示单元(11)；所述驱动电路(3)的输入端与功率电路控制单元(2)输出端的PWM信号连接，驱动电路(3)的输出端接入开关管Qb的门极。...

【技术特征摘要】
1.一种CCM升压变换器输出并联电容ESR和C的监测装置，其特征在于，包括Boost变换器主功率电路(1)、驱动电路(3)、参数已知的并联输出电容(7)、电流互感隔离放大单元(8)、显示单元(11)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(2)、开关频率fs计算单元(4)、占空比D计算单元(5)、输出电压采样单元(6)、电容电流触发采样单元(9)、电容ESR和C计算单元(10)；所述Boost变换器主功率电路(1)包括输入电压源Vin、开关管Qb、续流二极管Db、滤波电感L、输出滤波电容和负载RL，所述输出滤波电容包括等效串联电阻ESR和电容C，其中开关管Qb的源极与电压源Vin的负极连接，续流二极管Db的阳极与开关管Qb的漏极连接，续流二极管Db的阴极分别与等效串联电阻ESR、负载RL连接，滤波电感L的一端与续流二极管Db的阳极连接，滤波电感L的另一端与电压源Vin的正极连接，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、负载RL的另一端均与电压源Vin的负极连接，负载RL与参数已知的并联输出电容(7)并联，其两端为输出平均电压为Vo；所述功率电路控制单元(2)的输入端分别与Boost变换器主功率电路(1)的电压源Vin和输出平均电压Vo连接，功率电路控制单元(2)输出端的PWM信号分别接入开关频率fs计算单元(4)和占空比D计算单元(5)，Boost变换器主功率电路(1)的输出平均电压Vo接入输出电压采样单元(6)，电流互感隔离放大单元(8)和功率电路控制单元(2)输出端的PWM信号均接入电容电流触发采样单元(9)，开关频率fs计算单元(4)、占空比D计算单元(5)、输出电压采样单元(6)和电容电流触发采样单元(9)的输出端均接入电容ESR和C计算单元(10)，电容ESR和C计算单元(10)的输出端接入显示单元(11)；所述驱动电路(3)的输入端与功率电路控制单元(2)输出端的PWM信号连接，驱动电路(3)的输出端接入开关管Qb的门极。2.根据权利要求1所述的CCM升压变换器输出并联电容ESR和C的监测装置，其特征在于，所述信号处理模块为DSP芯片TMS320F28335。3.根据权利要求1所述的CCM升压变换器输出并联电容ESR和C的监测装置，其特征在于，所述显示单元(11)为12864液晶显示屏。4.一种CCM升压变换器输出并联电容ESR和C的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在输出端并联上一个参数已知的电容(7)，在信号处理模块中创建功率电路控制单元(2)、开关频率fs计算单元(4)、占空比D计算单元(5)、输出电压采样单元(6)、电容电流触发采样单元(9)、电感L以及电容ESR和C计算单元(10)；步骤2，信号处理模块的功率电路控制单元(2)采集Boost变换器主功率电路(1)的输出平均电压Vo和输入电压Vin，得到PWM信号并经驱动电路(3)驱动开关管Q；步骤3，功率电路控制单元(2)输出的PWM信号送入开关频率fs计算单元(4)和占...

【专利技术属性】
技术研发人员：周世林，姚凯，韩旭芝，杨思文，曹诚，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32