CCM反激变换器输出电容的准在线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反激变换器输出电容的准在线监测装置及方法。该装置包括Flyback变换器主功率电路、驱动电路、显示单元、参数已知的电容、电流互感隔离放大单元和信号处理模块，其中信号处理模块包括功率电路控制、开关频率fs计算、占空比D计算、输出电压采样、电容电流触发采样、电容ESR和C计算六个单元。该方法为：检测开关管的PWM驱动脉冲信号，经开信号处理模块处理得到开关频率和占空比，检测输出平均电压，并上参数已知的并联电容，经过电流互感器隔离放大，采样得到并联电容电流的瞬时值，将上述数据处理得到输出滤波电容当前ESR和C的值。本发明专利技术不需要取下变换器中的电容，为电容和电源的寿命预测提供依据。

【技术实现步骤摘要】
CCM反激变换器输出电容的准在线监测装置及方法
本专利技术属于电能变换装置中的监测
，特别是一种CCM反激变换器输出电容的准在线监测装置及方法。
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。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)Flyback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CCMFlyback变换器的输出滤波电容的ESR和C，预测其寿命非常重要。但是目前监测CCMFlyback变换器的输出滤波电容的ESR和C的方法，往往需要取下变换器中的电容，无法实时高效地对电容的ESR和C值进行在线监测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种CCM反激变换器输出电容的准在线监测装置及方法，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反激变换器输出电容的准在线监测装置，包括Flyback变换器主功率电路、驱动电路、显示单元、参数已知的电容、电流互感隔离放大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Flyback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、耦合电感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的漏极与电压源Vin的正极连接，耦合电感L原边一端与开关管Qb的漏极连接，耦合电感L该端副边的异名端与续流二极管Db的阳极连接，耦合电感L原边另一端与电压源Vin的负极连接，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的另一端及负载RL的另一端均与耦合电感L副边的同名端连接，负载RL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Flyback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，Flyback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。进一步地，所述信号处理模块为DSP芯片TMS320F28335。进一步地，所述显示单元为1602液晶显示屏。一种CCM反激变换器输出电容的准在线监测方法，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Flyback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，Flyback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，得到输出平均电压；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，通过延时程序处理得到电容电流的瞬时值ix(DTs)、ix[(1+9D)Ts/10]、ix[(2+8D)Ts/10]、ix[(3+7D)Ts/10]、ix[(4+6D)Ts/10]、ix[(5+5D)Ts/10]、ix[(6+4D)Ts/10]、ix[(7+3D)Ts/10]、ix[(8+2D)Ts/10]、ix[(9+D)Ts/10]、ix(Ts)共11个值，Ts为变换器开关周期；步骤6，将得到的开关频率fs、占空比D、输出平均电压Vo以及电容电流的瞬时值ix(DTs)、ix[(1+9D)Ts/10]、ix[(2+8D)Ts/10]、ix[(3+7D)Ts/10]、ix[(4+6D)Ts/10]、ix[(5+5D)Ts/10]、ix[(6+4D)Ts/10]、ix[(7+3D)Ts/10]、ix[(8+2D)Ts/10]、ix[(9+D)Ts/10]、ix(Ts)送入电容ESR和C计算单元(10)进行曲线拟合和综合处理，得到Flyback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。进一步地，步骤6中所述ESR和C计算单元曲线拟合方程应该如下：求得X1、X2、X3和iCx(0)；iCx(0)为电容电流的初始瞬时值，t为时间；接着按照步骤6中所述ESR和C计算单元综合处理的公式如下：式中，ESR为等效串联电阻的阻值，C为电容的容值，Ls为耦合电感副边感值，Vo为输出平均电压，ESRx为所并联电容的等效串联电阻的阻值，Cx为所并联电容的容值，X1、X2、X3为拟合曲线的参数。本专利技术与现有技术相比，且显著优点为：(1)不需要取下变换器中的电容；(2)准在线监测电容的ESR和C值，为电容和电源的寿命预测提供依据。附图说明图1是CCMFlyback变换器开关周期中的工作波形。图2是本专利技术CCMFlyback变换器输出电容ESR和C的监测方法示意图。其中：Vin-输入电压，Iin-输入电流，-耦合电感原边电流，-耦合电感副边电流，，iC-电容电流，iCx-并联电容电流，Io-输出电流，Vo-输出平均电压，Qb-开关管，Db-二极管，L-耦合电感，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。本专利技术设计一种准在线监测工作于电感电流连续模式(ContinuousConductionMode,CCM)的Flyback(Flyback)变换器输出滤波电容ESR和C的装置及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CCM反激变换器输出电容的准在线监测装置，其特征在于，包括Flyback变换器主功率电路(1)、驱动电路(3)、显示单元(11)、参数已知的电容(7)、电流互感隔离放大单元(8)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Flyback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、耦合电感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的漏极与电压源Vin的正极连接，耦合电感L原边一端与开关管Qb的漏极连接，耦合电感L该端副边的异名端与续流二极管Db的阳极连接，耦合电感L原边另一端与电压源Vin的负极连接，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的另一端及负载RL的另一端均与耦合电感L副边的同名端连接，负载RL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Flyback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)，Flyback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反激变换器输出电容的准在线监测装置，其特征在于，包括Flyback变换器主功率电路(1)、驱动电路(3)、显示单元(11)、参数已知的电容(7)、电流互感隔离放大单元(8)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Flyback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、耦合电感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的漏极与电压源Vin的正极连接，耦合电感L原边一端与开关管Qb的漏极连接，耦合电感L该端副边的异名端与续流二极管Db的阳极连接，耦合电感L原边另一端与电压源Vin的负极连接，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的另一端及负载RL的另一端均与耦合电感L副边的同名端连接，负载RL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Flyback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)，Flyback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反激变换器输出电容的准在线监测装置，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反激变换器输出电容的准在线监测装置，其特征在于，所述显示单元(11)为1602液晶显示屏。4.一种CCM反激变换器输出电容的准在线监测方法，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(...

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