[發(fā)明專利]用于估計(jì)功率轉(zhuǎn)換器的剩余壽命的設(shè)備及其方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980147089.1
• 申請(qǐng)日: 2009-11-17
• 公開（公告）號(hào): CN102224426A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龐敏熙;彭漢文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 香港大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R31/00
• 分類號(hào): G01R31/00;H02M3/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 曲衛(wèi)濤;王忠忠

對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求來自2008年11月20日提交的名稱為“Power?Converter?Remaining?Life?Estimation”的美國臨時(shí)申請(qǐng)(序號(hào)61/116507)的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)?zhí)卮送ㄟ^引用以其整體被結(jié)合。

技術(shù)領(lǐng)域

本文中公開的主題可涉及監(jiān)視和/或估計(jì)功率轉(zhuǎn)換器的剩余壽命。

背景技術(shù)

功率轉(zhuǎn)換器是極其廣泛的多種電子裝置的重要組件，并且此類功率轉(zhuǎn)換器的可靠操作可在大量電子裝置中特別重要，如醫(yī)療、通信和/或計(jì)算裝置。在一些情況下，此類電子裝置可在關(guān)鍵應(yīng)用中利用，其中，可有利的是避免功率轉(zhuǎn)換器的突然故障和/或能夠在故障前調(diào)度功率轉(zhuǎn)換器的維護(hù)或替換。

通常，電子組件可具有有限的壽命預(yù)期。設(shè)計(jì)和/或制造將永無故障的功率轉(zhuǎn)換器，這可證明是不可行的。要延長壽命預(yù)期，一個(gè)方案可能是使用昂貴的組件和/或過度設(shè)計(jì)(over-design)轉(zhuǎn)換器以用于給定應(yīng)用構(gòu)建額外的壽命預(yù)期。然而，此類方案從大小、成本和制造容易度的角度而言可能是不可行的。例如，可為筆記本計(jì)算機(jī)或類似電子裝置過度設(shè)計(jì)功率轉(zhuǎn)換器以便提供延長的功率轉(zhuǎn)換器壽命，但此類轉(zhuǎn)換器可大大增加電子裝置的成本，并且功率轉(zhuǎn)換器仍將可能在無警告的情況下在某個(gè)時(shí)間出故障。

為了具有可靠的操作，可將焦點(diǎn)置于功率轉(zhuǎn)換器的剩余壽命的正確估計(jì)上。這能夠允許接近其壽命末期的功率轉(zhuǎn)換器的調(diào)度維護(hù)和替換并避免服務(wù)的突然中斷。因此，可有利的是關(guān)注更準(zhǔn)確的剩余壽命估計(jì)以允許在功率轉(zhuǎn)換器故障前調(diào)度替換，而不是使用昂貴的組件延長產(chǎn)品壽命。

目前，設(shè)計(jì)工程師負(fù)責(zé)確保其設(shè)計(jì)的功率轉(zhuǎn)換器在其聲明的工作壽命內(nèi)具有要求的可靠性。然而，能夠進(jìn)行的估計(jì)經(jīng)常遠(yuǎn)離事實(shí)。這是因?yàn)槭Ｓ鄩勖烙?jì)是基于假設(shè)的操作條件，而實(shí)際壽命時(shí)間可由于不同環(huán)境和老化而大不相同，可能多達(dá)五到十分鐘。此開環(huán)估計(jì)方法可導(dǎo)致過度設(shè)計(jì)或不當(dāng)設(shè)計(jì)。

電子組件壽命可根據(jù)其工作環(huán)境而大不相同。準(zhǔn)確的剩余壽命估計(jì)可受益于有關(guān)操作環(huán)境的準(zhǔn)確信息。

實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)可較準(zhǔn)確地估計(jì)和報(bào)告產(chǎn)品可靠性。這在一些方面可與許多電池操作產(chǎn)品中電池剩余容量的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)類似。另一示例實(shí)時(shí)報(bào)告系統(tǒng)是如美國專利6671654中由Forth公開的配電系統(tǒng)。在如Tsujikawa記錄的電源壽命估計(jì)系統(tǒng)中已發(fā)現(xiàn)類似的方法。Hammond在其美國專利7114098中公開了一種監(jiān)視帶有多個(gè)電源的電源系統(tǒng)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)向計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)報(bào)告電源的臨界狀態(tài)。其中沒有剩余壽命估計(jì)方法，而是公開了一種故障報(bào)警系統(tǒng)。

在功率轉(zhuǎn)換器中可實(shí)現(xiàn)的許多組件中，電解電容器可以在組件中具有最短壽命預(yù)期。其故障率一般是其它電子組件的幾倍。Larson在美國專利公開20060176186中公開了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)在假設(shè)冷卻風(fēng)扇是關(guān)鍵組件時(shí)監(jiān)視風(fēng)扇的狀態(tài)。然而，并非所有功率轉(zhuǎn)換器具有冷卻風(fēng)扇。另一方面，冷卻風(fēng)扇的惡化可造成溫度上升。溫度可以是一個(gè)好的指標(biāo)，而不是監(jiān)視風(fēng)扇。

在功率轉(zhuǎn)換器中，兩個(gè)操作參數(shù)可影響電解電容器的可靠性。第一個(gè)參數(shù)是溫度。第二個(gè)參數(shù)是通過電容器的紋波電流。Warizaya在美國專利公開20070150236中公開了一種監(jiān)視電源中電容器的電壓、電流和溫度的系統(tǒng)，但此系統(tǒng)的主旨不是電容器而是系統(tǒng)冷卻風(fēng)扇。然而，通過傳感器進(jìn)行的電容器電流檢測(cè)實(shí)際上是不合需要的，因?yàn)檫@損害了電源的適當(dāng)操作并產(chǎn)生了功率損耗。另外，對(duì)大量生產(chǎn)的產(chǎn)品而言，傳感器可能太貴，并且Warizaya的監(jiān)視系統(tǒng)限于其中成本不是主要關(guān)注的大型系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了用于監(jiān)視和/或估計(jì)功率轉(zhuǎn)換器的剩余壽命的方法和設(shè)備。

根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供一種設(shè)備，包括：生成開關(guān)電流信號(hào)的電流控制模式功率轉(zhuǎn)換器，電流控制模式功率轉(zhuǎn)換器包括電容器；電流采樣單元，對(duì)在電容器的開關(guān)電流信號(hào)進(jìn)行采樣，電流采樣單元生成用于采樣信號(hào)的數(shù)字化波形；以及計(jì)算單元，至少部分地基于采樣的波形來估計(jì)電流控制模式功率轉(zhuǎn)換器的剩余壽命。

根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供一種方法，包括以下步驟：利用采樣電路對(duì)來自功率轉(zhuǎn)換器的信號(hào)進(jìn)行采樣，功率轉(zhuǎn)換器包括電容器；生成用于采樣信號(hào)的數(shù)字化波形；以及至少部分地基于所述數(shù)字化波形來估計(jì)功率轉(zhuǎn)換器的剩余壽命。

根據(jù)第三方面，本發(fā)明提供一種物品，包括其上已經(jīng)存儲(chǔ)可由計(jì)算平臺(tái)執(zhí)行的指令的存儲(chǔ)媒體，以對(duì)來自功率轉(zhuǎn)換器的信號(hào)進(jìn)行采樣，功率轉(zhuǎn)換器包括電容器；生成用于采樣信號(hào)的數(shù)字化波形；以及至少部分地基于所述數(shù)字化波形來估計(jì)功率轉(zhuǎn)換器的剩余壽命。