[發(fā)明專利]CCM升降壓變換器輸出電容的監(jiān)測裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510624913.5
• 申請日: 2015-09-25
• 公開（公告）號: CN105137200A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹誠;姚凱;周世林;楊思文;韓旭芝
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26;G01R27/02
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電能變換裝置中的監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種CCM升降壓(Buck-Boost)變換器輸出電容ESR和C的監(jiān)測裝置及方法。

背景技術(shù)

由于效率高、體積小等優(yōu)點，開關(guān)電源在日常生產(chǎn)生活中應(yīng)用十分廣泛。一般而言，為了得到較為穩(wěn)定的輸出電壓，必須采用電容有效濾除高頻噪聲。變換器工作一段時間之后，電容的容值(Capacitance,C)和等效串聯(lián)電阻(EquivalentSeriesResistance,ESR)會發(fā)生變化，與初電容值C和阻值ESR相比，當(dāng)該變化量較大時，即可認(rèn)為該電容已失效，電容的失效將會造成電源和系統(tǒng)的運行故障。降壓(Buck)、升壓(Boost)、升降壓(Buck-Boost)變換器是三種最基本的開關(guān)電源變換器，其他的變換器均可以由這三種變換器衍變而來。其中，CCM(ContinuousCurrentMode，電流連續(xù)模式)Buck-Boost變換器在計算機電源、通訊電源、航空航天等領(lǐng)域廣泛使用，因此監(jiān)測CCMBuck-Boost變換器的輸出濾波電容的ESR和C，預(yù)測其壽命非常重要。

國內(nèi)外學(xué)者近年來對開關(guān)電源中電解電容的參數(shù)監(jiān)測作了一定的研究，主要可分為兩類，分別為離線式和在線式。但是使用離線式監(jiān)測電解電容時需要停止設(shè)備運行。而在線式監(jiān)測雖然無須停止設(shè)備運行，但是它在除電流模式控制可以利用現(xiàn)有的開關(guān)管電流檢測信號外，需要增加電流傳感器以檢測電容、電感等電流。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種CCM升降壓變換器輸出電容ESR和C的監(jiān)測裝置及方法，能夠?qū)崟r監(jiān)測等效串聯(lián)電阻ESR和電容的容值C的變化，對電解電容和電源的壽命進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種CCM升降壓變換器輸出電容的監(jiān)測裝置，包括Buck-Boost變換器主功率電路、驅(qū)動電路、顯示單元和信號處理模塊，所述信號處理模塊包括功率電路控制單元、開關(guān)頻率f_s計算單元、占空比D計算單元、輸出電壓觸發(fā)采樣單元、電容ESR和C計算單元；

所述Buck-Boost變換器主功率電路包括輸入電壓源V_in、開關(guān)管Q_b、續(xù)流二極管D_b、濾波電感L、輸出濾波電容和負(fù)載R_L，所述輸出濾波電容包括等效串聯(lián)電阻ESR和電容C，其中開關(guān)管Q_b的漏極、電壓源V_in的正極連接，濾波電感L一端分別與開關(guān)管Q_b的漏極和續(xù)流二極管D_b的陰極連接，濾波電感L另一端與電壓源V_in的負(fù)極連接，續(xù)流二極管D_b的陽極分別與等效串聯(lián)電阻ESR的一端、負(fù)載R_L的一端連接，等效串聯(lián)電阻ESR的另一端與電容C的一端連接，電容C的另一端及負(fù)載R_L的另一端均與電壓源V_in的負(fù)極連接，負(fù)載R_L兩端為輸出電壓v_o；

所述功率電路控制單元的輸入端分別與Buck-Boost變換器主功率電路的電壓源V_in和輸出電壓v_o連接，功率電路控制單元輸出端的PWM信號分別接入開關(guān)頻率f_s計算單元和占空比D計算單元，Buck-Boost變換器主功率電路的輸出電壓v_o和功率電路控制單元輸出端的PWM信號均接入輸出電壓觸發(fā)采樣單元，開關(guān)頻率f_s計算單元、占空比D計算單元、輸出電壓觸發(fā)采樣單元的輸出端均接入電容ESR和C計算單元，電容ESR和C計算單元的輸出端接入顯示單元；

所述驅(qū)動電路的輸入端與功率電路控制單元輸出端的PWM信號連接，驅(qū)動電路的輸出端接入開關(guān)管Q_b的柵極。

一種CCM升降壓變換器輸出電容ESR和C的監(jiān)測方法，包括以下步驟：

步驟1，在信號處理模塊中創(chuàng)建功率電路控制單元、開關(guān)頻率f_s計算單元、占空比D計算單元、輸出電壓觸發(fā)采樣單元、電容ESR和C計算單元；

步驟2，信號處理模塊的功率電路控制單元采集Buck-Boost變換器主功率電路的輸出電壓v_o和輸入電壓源V_in，得到PWM信號并經(jīng)驅(qū)動電路驅(qū)動開關(guān)管Q_b；