[發(fā)明專利]DCM降壓變換器電感及輸出電容的監(jiān)測(cè)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710508762.6
• 申請(qǐng)日: 2017-06-28
• 公開（公告）號(hào): CN109143110B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 冒春艷;姚凱;楊思文;韓旭芝;周世林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R31/40
• 分類號(hào): G01R31/40;H02M3/156;G01R27/26
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

1.一種DCM降壓變換器電感及輸出電容的監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，包括Buck變換器主功率電路(1)、驅(qū)動(dòng)電路(3)、顯示單元(11)、參數(shù)已知的電容(7)、電流互感隔離放大單元(8)和信號(hào)處理模塊，所述信號(hào)處理模塊包括功率電路控制單元(2)、開關(guān)頻率f_s計(jì)算單元(4)、占空比D計(jì)算單元(5)、輸出電壓采樣單元(6)、電容電流觸發(fā)采樣單元(9)、電感L以及電容ESR和C計(jì)算單元(10)；

所述Buck變換器主功率電路(1)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的漏極與電壓源V_in的正極連接，續(xù)流二極管D_b的陰極與開關(guān)管Q_b的漏極連接，續(xù)流二極管D_b的陽(yáng)極與電壓源V_in的負(fù)極連接，濾波電感L的一端與續(xù)流二極管D_b的陰極連接，濾波電感L的另一端分別與等效串聯(lián)電阻ESR的一端及負(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兩端為輸出平均電壓V_o，在輸出端并聯(lián)上一個(gè)參數(shù)已知的電容(7)；

所述功率電路控制單元(2)的輸入端分別與Buck變換器主功率電路(1)的電壓源V_in和輸出平均電壓V_o連接，功率電路控制單元(2)輸出端的PWM信號(hào)分別接入開關(guān)頻率f_s計(jì)算單元(4)和占空比D計(jì)算單元(5)，Buck變換器主功率電路(1)的輸出平均電壓V_o接入輸出電壓采樣單元(6)，電流互感隔離放大單元(8)和功率電路控制單元(2)輸出端的PWM信號(hào)均接入電容電流觸發(fā)采樣單元(9)，開關(guān)頻率f_s計(jì)算單元(4)、占空比D計(jì)算單元(5)、輸出電壓采樣單元(6)和電容電流觸發(fā)采樣單元(9)的輸出端均接入電感L以及電容ESR和C計(jì)算單元(10)，電感L以及電容ESR和C計(jì)算單元(10)的輸出端接入顯示單元(11)；

所述驅(qū)動(dòng)電路(3)的輸入端與功率電路控制單元(2)輸出端的PWM信號(hào)連接，驅(qū)動(dòng)電路(3)的輸出端接入開關(guān)管Q_b的門極；

信號(hào)處理模塊的功率電路控制單元(2)采集Buck變換器主功率電路(1)的輸出平均電壓V_o和輸入電壓V_in，得到PWM信號(hào)并經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路(3)驅(qū)動(dòng)開關(guān)管Q_b；

功率電路控制單元(2)輸出的PWM信號(hào)送入開關(guān)頻率f_s計(jì)算單元(4)和占空比D計(jì)算單元(5)，經(jīng)開關(guān)頻率f_s計(jì)算單元(4)處理得出變換器當(dāng)前的開關(guān)頻率f_s，經(jīng)占空比D計(jì)算單元(5)處理得出變換器當(dāng)前的占空比D；

Buck變換器主功率電路(1)的輸出平均電壓V_o送入輸出電壓采樣單元(6)，得到輸出平均電壓；

功率電路控制單元(2)輸出的PWM信號(hào)和電流互感隔離放大單元(8)的電容電流i_x送入電容電流觸發(fā)采樣單元(9)，通過(guò)延時(shí)程序處理得到電容電流的瞬時(shí)值i_x(0)、i_x(DT_s/10)、i_x(DT_s/5)、i_x(3DT_s/10)、i_x(2DT_s/5)、i_x(DT_s/2)、i_x(3DT_s/5)、i_x(7DT_s/10)、i_x(4DT_s/5)、i_x(9DT_s/10)、i_x(DT_s)共11個(gè)值，T_s為變換器開關(guān)周期；

將得到的開關(guān)頻率f_s、占空比D、輸出平均電壓V_o以及電容電流的瞬時(shí)值i_x(0)、i_x(DT_s/10)、i_x(DT_s/5)、i_x(3DT_s/10)、i_x(2DT_s/5)、i_x(DT_s/2)、i_x(3DT_s/5)、i_x(7DT_s/10)、i_x(4DT_s/5)、i_x(9DT_s/10)、i_x(DT_s)送入電感L以及電容ESR和C計(jì)算單元(10)進(jìn)行曲線擬合和綜合處理，得到Buck變換器中電感L的值以及輸出濾波電容當(dāng)前等效串聯(lián)電阻ESR和電容C的值；

電感L以及電容ESR和C計(jì)算單元(10)將所得的電感L以及等效串聯(lián)電阻ESR和電容C的值送入顯示單元(11)實(shí)時(shí)顯示；

所述電感L以及電容ESR和C計(jì)算單元(10)曲線擬合方程如下：

求得X₁、X₂、X₃和i_Cx(0)；i_Cx(0)為電容電流的初始瞬時(shí)值，t為時(shí)間；

接著按照所述電感L以及電容ESR和C計(jì)算單元(10)綜合處理的公式如下：

式中，L為電感的感值，ESR為等效串聯(lián)電阻的阻值，C為電容的容值，f_s為變換器開關(guān)頻率，V_in為輸入電壓平均值，V_o為輸出平均電壓，D為變換器的占空比，ESRx為所并聯(lián)電容的等效串聯(lián)電阻的阻值，Cx為所并聯(lián)電容的電容的容值，X₁、X₂、X₃為擬合曲線的參數(shù)。