DCM升压变换器电感及输出电容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DCM升压变换器电感及输出电容的ESR和C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、参数已知的并联输出电容、电流互感隔离放大单元、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感的参数L以及电容的参数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。

Device and method for monitoring inductance and output capacitance of DCM boost converter

The invention discloses a ESR and a C monitoring device and a method for an DCM boost converter, inductance and output capacitance. The device comprises a Boost power converter main circuit, drive circuit, parallel output capacitance and known parameters of current transformer isolation amplifier unit, a display unit and a signal processing module, the signal processing module comprises a power circuit control unit, switching frequency and duty ratio calculation unit FS D calculation unit, the output voltage and capacitor current sampling unit the trigger sampling unit, capacitors ESR and C computing unit. The invention can not affect the normal work of the circuit under the condition of inductance parameter L and the capacitance of the parameters ESR and C were monitored for the capacitor and the power supply provides the basis for life prediction, no additional parameters, easy realization.

【技术实现步骤摘要】
DCM升压变换器电感及输出电容的监测装置及方法
本专利技术属于电能变换装置中的监测
，特别是涉及一种DCM升压变换器电感及输出电容的监测装置及方法。
技术介绍
开关电源具有效率高、体积小等优点，在日常生产生活中广泛应用。为了得到较为稳定的输出电压，一般需要利用电容来滤除高频噪声。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，当该变化量较大时，即认为该电容已失效，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，DCM(ContinuousCurrentMode，电流连续模式)Boost变换器在计算机电源、通讯电源、航空航天等领域广泛使用，因此监测DCMBoost变换器的输出滤波电容的ESR和C的其寿命非常重要。现有的技术主要可分为离线监测技术和在线监测技术，离线检测技术使用方法简单，成本低，但一般只监测独立于电路外的电容，而在线检测技术可以检测在电路中处于工作状态的电容，但使用方法复杂，且需要知晓电路中的许多其他参数。在现实生活中，大部分电容都是处于工作状态，所以在线检测更具有实用性，为了弥补在线监测技术需要其他参数的缺点，本专利技术提出了一种准在线检测的技术，可以在Boost变换器电感值未知的情况下监测出输出电容的参数。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，当容值减小为初始值的80％，或ESR增大为初始值的2-3倍时，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，DCM(ContinuousCurrentMode，电流连续模式)Boost变换器在计算机电源、通讯电源、航空航天等领域广泛使用，因此监测DCMBoost变换器的输出滤波电容的ESR和C的其寿命非常重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种DCM升压变换器电感及输出电容的监测装置及方法，能够实时监测电感的感值L以及等效串联电阻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DCM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、参数已知的并联输出电容、电流互感隔离放大单元、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；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，电压源Vin的正极与电感L的一端连接，电感L的另一端与开关管Qb的漏极和续流二极管Db的阳极连接，续流二极管Db的阴极分别与等效串联电阻ESR的一端及负载RL的一端连接，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、开关管Qb的源极及负载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都接入电容ESR和C计算单元，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。基于上述DCM升压变换器电感及输出电容的监测装置的检测方法，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、电感L以及电容ESR和C计算单元；步骤2：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3：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4：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，得到电容电流的瞬时值ix(DTs)、ix[(Ts-DTs)/10+DTs]、ix[(Ts-DTs)/5+DTs]、ix[3(Ts-DTs)/10+DTs]、ix[2(Ts-DTs)/5+DTs]、ix[(Ts-DTs)/2+DTs]、ix[3(Ts-DTs)/5+DTs]、ix[7(Ts-DTs)/10+DTs]、ix[4(Ts-DTs)/5+DTs]、ix[9(Ts-DTs)/10+DTs]、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[(Ts-DTs)/10+DTs]、ix[(Ts-DTs)/5+DTs]、ix[3(Ts-DTs)/10+DTs]、ix[2(Ts-DTs)/5+DTs]、ix[(Ts-DTs)/2+DTs]、ix[3(Ts-DTs)/5+DTs]、ix[7(Ts-DTs)/10+DTs]、ix[4(Ts-DTs)/5+DTs]、ix[9(Ts-DTs)/10+DTs]、ix(Ts)送入电感L以及电容ESR和C计算单元进行曲线拟合和综合处理，得到Boost变换器中电感L的值以及输出滤波电容当前等效串联电阻ESR和电容C的值；步骤7：电感L以及电容ESR和C计算单元将所得的电感L以及等效串联电阻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DCM升压变换器的电感和输出滤波电容，设计出一种高效稳定的电感L以及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感的参数L以及电容的参数ESR和C进行监测，为电容和电源的寿命预测提供依据，无需额外参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DCM升压变换器输出电容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，电压源Vin的正极与电感L的一端连接，电感L的另一端与开关管Qb的漏极、续流二极管Db的阳极连接，续流二极管Db的阴极分别与等效串联电阻ESR的一端及负载RL的一端连接，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、开关管Qb的源极及负载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)，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DCM升压变换器输出电容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，电压源Vin的正极与电感L的一端连接，电感L的另一端与开关管Qb的漏极、续流二极管Db的阳极连接，续流二极管Db的阴极分别与等效串联电阻ESR的一端及负载RL的一端连接，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、开关管Qb的源极及负载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)，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DCM升压变换器电感及输出电容的监测装置，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DCM升压变换器电感及输出电容的监测装置，其特征在于，所述显示单元(11)为1602液晶显示屏。4.一种DCM升压变换器电感L以及输出电容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：Boost变换器主功率电路(1)的输出平均电压Vo送入输出电压采样单元(6)，得到输出电压的平均值；步骤3：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Qb；步骤4：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)和占空比D计算单元(5)，经开关频率fs计算单元(4)处理得出变换器当前的开关频率fs，经占空比D计算单元(5)处理得出变换器当前的占空比D；步骤5：功率电路控制单元(2)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(9)，通过延时程序处理对电容电流等DTs/10间隔采样，得到电容电流的瞬时值ix(DTs)、ix[(Ts-DTs)/10+DTs]、ix[(Ts-DTs)/5+DTs]、ix[3(Ts-DTs)/10+DTs]、ix[2(Ts-DTs)/5+DTs]、ix[(Ts-DTs)/2+DTs]、ix[3(Ts-DTs)/5+DTs]、ix[7(Ts-DTs)/10+DTs]、ix[4(Ts-DTs)/5+DTs]、ix[9(Ts-DTs)...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩旭芝，姚凯，杨思文，周世林，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