DCM反激变换器输出电容和次级电感的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DCM反激变换器输出电容等效串联电阻和次级电感的监测装置及方法。该装置包括Flyback开环电路、电容投切电路、PWM整形电路、纹波隔离放大电路、信号处理模块、显示模块。其中电容投切电路的输入与Flyback开环电路的输出连接；电容投切电路的输出与纹波隔离放大电路的输入连接；纹波隔离放大电路的输出与信号处理模块的一个输入连接；信号处理模块的另一个输入与PWM整形电路的输出连接；PWM整形电路的输入与Flyback开环电路中的控制单元连接；信号处理模块的一个输出与Flyback开环电路中的第二开关管Q

【技术实现步骤摘要】
DCM反激变换器输出电容和次级电感的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DCM反激(Flyback)变换器输出电容ESR和次级电感Ls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。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，与初始电容值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。Flyback变换器深受电源工程师的喜爱，在小功率电源及常用电源适配器中运用非常广泛。与其他变换器相比Flyback变换器电路拓扑简单，能高效实现多路输出；转换效率高，损耗小；输入电压宽范围变化时，仍可以稳定输出直流电压；输入输出具有电气隔离。陈之勃在《反激式开关电源有源箝位的研究》一文中就指出在中小功率场合，Flyback变换器是开关电源最理想的拓扑之一。因此监测DCM反激变换器的输出电容的ESR，预测其寿命非常重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种DCM反激变换器输出电容等效串联电阻ESR和次级电感Ls的监测装置及方法，能够实时监测输出电容等效串联电阻ESR和次级电感Ls的变化，对电解电容和电源的寿命进行预测。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种DCM反激变换器输出电容等效串联电阻ESR和次级电感Ls的监测装置，包括Flyback开环电路、电容投切电路、PWM整形电路、纹波隔离放大电路、信号处理模块、显示模块，其中：电容投切电路的输入端与Flyback开环电路的输出端连接；电容投切电路的输出端与纹波隔离放大电路的输入端连接；纹波隔离放大电路的输出端与信号处理模块的一个输入端连接；信号处理模块的另一个输入端与PWM整形电路的输出端连接；PWM整形电路的输入端与Flyback开环电路中的控制单元连接；信号处理模块的一个输出端与Flyback开环电路中的第二开关管Q2的基极连接，信号处理模块的另一个输出端与显示模块的输入端连接。进一步的，Flyback开环电路包括输入电压源Vin、初级电感Lp、次级电感Ls、第一开关管Q1、控制单元G、第一二极管D1、输出电容Co、输出电容等效串联电阻ESR、负载电阻RL；其中输入电压源Vin的正极与第一开关管Q1的漏极连接，输入电压源Vin的负极为参考点位零点GND，第一开关管Q1的栅极和控制单元G同时与PWM整形电路的输入端连接，第一开关管Q1的源极与初级电感Lp连接，初级电感Lp的另一端为参考电位零点GND，次级电感Ls与第一二极管D1的正极连接，次级电感Ls的另一端为参考电位零点GND，第一二极管D1的负极同时与输出电容等效串联电阻ESR的一端和负载电阻RL的一端连接，输出电容等效串联电阻ESR的另一端与输出电容Co的一端连接，输出电容Co的另一端为参考电位零点GND，负载电阻RL的另一端为参考电位零点GND。进一步地，所述电容投切电路包括继电器驱动电源Vb、继电器K、第二开关管Q2、并联电容Cp、并联电容等效串联电阻ESRp；其中继电器驱动电源Vb的正极与继电器K线圈的一端连接，继电器驱动电源Vb的负极为参考电位零点GND，继电器K线圈的另一端与第二开关管Q2的发射极连接，第二开关管Q2的基极与信号处理模块的一个输出端连接，第二开关管Q2的集电极为参考电位零点GND，继电器K触点的一端同时与Flyback开环电路的输出端和纹波隔离放大电路的输入端连接，继电器K触点的另一端与并联电容等效串联电阻ESRp的一端连接，并联电容等效串联电阻ESRp的另一端与并联电容Cp的一端连接，并联电容Cp的另一端为参考电位零点GND。进一步地，所述PWM整形电路包括第一电容C1、隔离变压器T1、第二电容C2、第二二极管D2、第一运算放大器amp1；其中第一电容C1的一端同时与Flyback开环电路中的控制单元G和第一开关管Q1的栅极连接，第一电容C1的另一端与隔离变压器T1原边的一端连接，隔离变压器T1原边的另一端为参考电位零点GND，隔离变压器T1副边的一端与第二电容C2的一端连接，隔离变压器T1副边的另一端为参考电位零点AGND，第二电容C2的另一端同时与第二二极管D2的负极和第一运算放大器amp1的同相输入端连接，第二二极管D2的正极为参考电位零点AGND，第一运算放大器amp1的反相输入端和第一运算放大器amp1的输出端同时与信号处理模块的一个输入端连接。进一步地，所述纹波隔离放大电路包括第四电容C4、第二变压器T2、第五电容C5、第一电阻R1、第二电阻R2、偏置电源Voffset、第六电容C6、第二运算放大器amp2、第三电阻R3；其中第四电容C4的一端与电容投切电路的输出端连接，第四电容C4的另一端与第二变压器T2原边的一端连接，第二变压器T2原边的另一端为参考点位零点AGND，第二变压器T2副边的一端与第五电容C5的一端连接，第二变压器T2副边的另一端为参考电位零点AGND，第五电容C5的另一端同时与第一电阻R1的一端和第二运算放大器amp2的同相输入端连接，第一电阻R1的另一端与偏置电源Voffset的正极连接，偏置电源Voffset的负极为参考电位零点AGND，第二电阻R2的一端同时与第二运算放大器amp2的反向输入端和第三电阻R3的一端连接，第二电阻R2的一端与第六电容C6的一端连接，第六电容C6的另一端为参考点位零点AGND，第三电阻R3的另一端和第二运算放大器amp2的输出端同时与信号处理模块的一个输入端连接。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DCM反激变换器输出电容等效串联电阻ESR和次级电感Ls的监测装置的监测方法，包括以下步骤：步骤1，PWM整形电路输出的信号送入信号处理模块中的脉冲捕捉单元，处理得出变换器当前的开关周期Ts、占空比Dy及次级电感电流从峰值下降到零区间内对应的占空比DR，并将计算得到的开关周期Ts、占空比Dy及次级电感电流从峰值下降到零区间内对应的占空比DR送入计算单元，处理得到纹波电压采样时刻ts。步骤2，PWM整形电路输出的信号送入信号处理模块中的脉冲捕捉单元，在信号波的上升沿启动信号处理模块内部的定时器单元，定时ts秒后启动信号处理模块中的模数转换单元。步骤3，纹波隔离放大电路的输出信号送入信号处理模块中的模数转换单元，处理得到ts时刻的电压纹波vo(ts)。步骤4，信号处理模块产生的驱动信号送入Flyback开环电路中的开关三极管Q2的基极，使得开关三极管Q2导通，继电器K线圈通电，继电器K触点闭合，并联电容Cp和并联电容等效串联电阻ESRp并联在Flyback变换器输出端。步骤5，PWM整形电路输出的信号送入信号处理模块中的脉冲捕捉单元，处理得出输出端并联电容后变换器的开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种DCM反激变换器输出电容等效串联电阻和次级电感的监测装置，其特征在于：包括Flyback开环电路(1)、电容投切电路(2)、PWM整形电路(3)、纹波隔离放大电路(4)、信号处理模块(5)、显示单元(6)，其中：/n电容投切电路(2)的输入端与Flyback开环电路(1)的输出端连接；电容投切电路(2)的输出端与纹波隔离放大电路(4)的输入端连接；纹波隔离放大电路(4)的输出端与信号处理模块(5)的一个输入端连接；信号处理模块(5)的另一个输入端与PWM整形电路(3)的输出端连接；PWM整形电路(3)的输入端与Flyback开环电路(1)中的控制单元连接；信号处理模块(5)的一个输出端与Flyback开环电路(1)中的第二开关管Q

【技术特征摘要】
1.一种DCM反激变换器输出电容等效串联电阻和次级电感的监测装置，其特征在于：包括Flyback开环电路(1)、电容投切电路(2)、PWM整形电路(3)、纹波隔离放大电路(4)、信号处理模块(5)、显示单元(6)，其中：
电容投切电路(2)的输入端与Flyback开环电路(1)的输出端连接；电容投切电路(2)的输出端与纹波隔离放大电路(4)的输入端连接；纹波隔离放大电路(4)的输出端与信号处理模块(5)的一个输入端连接；信号处理模块(5)的另一个输入端与PWM整形电路(3)的输出端连接；PWM整形电路(3)的输入端与Flyback开环电路(1)中的控制单元连接；信号处理模块(5)的一个输出端与Flyback开环电路(1)中的第二开关管Q2的基极连接，信号处理模块(5)的另一个输出端与显示模块(6)的输入端连接。


2.根据权利要求1所述的DCM反激变换器输出电容等效串联电阻和次级电感的监测装置，其特征在于：Flyback开环电路(1)包括输入电压源Vin、初级电感Lp、次级电感Ls、第一开关管Q1、控制单元G、第一二极管D1、输出电容Co、输出电容等效串联电阻ESR、负载电阻RL；其中输入电压源Vin的正极与第一开关管Q1的漏极连接，输入电压源Vin的负极为参考点位零点GND，第一开关管Q1的栅极和控制单元G同时与PWM整形电路(3)的输入端连接，第一开关管Q1的源极与初级电感Lp连接，初级电感Lp的另一端为参考电位零点GND，次级电感Ls与第一二极管D1的正极连接，次级电感Ls的另一端为参考电位零点GND，第一二极管D1的负极同时与输出电容等效串联电阻ESR的一端和负载电阻RL的一端连接，输出电容等效串联电阻ESR的另一端与输出电容Co的一端连接，输出电容Co的另一端为参考电位零点GND，负载电阻RL的另一端为参考电位零点GND。


3.根据权利要求1所述的DCM反激变换器输出电容等效串联电阻和次级电感的监测装置，其特征在于：所述电容投切电路(2)包括继电器驱动电源Vb、继电器K、第二开关管Q2、并联电容Cp、并联电容等效串联电阻ESRp；其中继电器驱动电源Vb的正极与继电器K线圈的一端连接，继电器驱动电源Vb的负极为参考电位零点GND，继电器K线圈的另一端与第二开关管Q2的发射极连接，第二开关管Q2的基极与信号处理模块(5)的一个输出端连接，第二开关管Q2的集电极为参考电位零点GND，继电器K触点的一端同时与Flyback开环电路(1)的输出端和纹波隔离放大电路(4)的输入端连接，继电器K触点的另一端与并联电容等效串联电阻ESRp的一端连接，并联电容等效串联电阻ESRp的另一端与并联电容Cp的一端连接，并联电容Cp的另一端为参考电位零点GND。


4.根据权利要求1所述的DCM反激变换器输出电容等效串联电阻和次级电感的监测装置，其特征在于：所述PWM整形电路(3)包括第一电容C1、隔离变压器T1、第二电容C2、第二二极管D2、第一运算放大器amp1；其中第一电容C1的一端同时与Flyback开环电路(1)中的控制单元G和第一开关管Q1的栅极连接，第一电容C1的另一端与隔离变压器T1原边的一端连接，隔离变压器T1原边的另一端为参考电位零点GND，隔离变压器T1副边的一端与第二电容C2的一端连接，隔离变压器T1副边的另一端为参考电位零点AGND，第二电容C2的另一端同时与第二二极管D2的负极和第一运算放大器amp1的同相输入端连接，第二二极管D2的正极为参考电位零点AGND，第一运算放大器amp1的反相输入端和第一运算放大器amp1的输出端同时与信号处理模块(5)的一个输入端连接。


5.根据权利要求1所述的DCM反激变换器输出电容等效串联电阻和次级电感的监测装置，其特征在于：所述纹波隔离放大电路(4)包括第四电容C4、第二变压器T2、第五电容C5、第一电阻R1、第二电阻R2、偏置电源Voffset、第六电容C6、第二运算放大器amp2、第三电阻R3；其中第四电容C4的一端与电容投切电路(2)的输出端连接，第四电容C4的另一端与第二变压器T2原边的一端连接，第二变压器T2原边的另一端为参考点位零点AGND，第二变压器T2副边的一端与第五电容C5的一端连接，第二变压器T2副边的另一端为参考电位零点AGND，第五电容C5的另一端同时与第一电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王泽松，姚凯，李家镇，高阳，杨坚，刘劲滔，刘乐，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32