[發明專利]監測Boost PFC變換器輸出電容容值及退化狀態的方法和裝置

在審

• 申請號: 202110514712.5
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113156219A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 趙朝陽;王瑤;王要強;徐帥;劉平;王林峰
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26;G05B19/042
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理有限公司 11363
• 代理人: 逯長明;許偉群

1.一種監測Boost PFC變換器輸出電容容值及退化狀態的方法，其特征在于，包括以下步驟：

信號調理單元接收Boost PFC變換器主功率電路中整流橋整流后的輸入電壓V_S、輸出濾波電容C_dc的直流母線電壓V_dc和電感電流i_L，得到采樣信號，并將所述采樣信號調節至模數轉換單元可接受的范圍，其中，所述模數轉換單元可接受的范圍為0～3.3V；

模數轉換單元接收經信號調理單元調節后的信號，并轉換為數字信號；

瞬態檢測單元接收所述數字信號，并將直流母線電壓V_dc與設定的閾值電壓進行比較，判斷是否處于加載或者卸載瞬態；

若處于加載或者卸載瞬態，則將加載或者卸載的瞬態信號存儲至瞬態信息存儲單元；

瞬態信息存儲單元將瞬態信號發送至容值估計及健康狀態評估單元，以及環境溫度采樣單元將溫度信息發送至容值估計及健康狀態評估單元；

容值估計及健康狀態評估單元通過輸入電壓V_S、直流母線電壓V_dc、電感電流i_L以及數字控制單元中的占空比信號d計算所述溫度信息下的估計容值，將估計容值與預設的電容參考值比較進行判斷，來評估電容的退化狀態；

所述電容的退化狀態在顯示或預警單元中顯示或者預警。

2.根據權利要求1所述的監測Boost PFC變換器輸出電容容值及退化狀態的方法，其特征在于，所述估計容值的公式如下：

其中，C為估計的電容容值，v_dc為輸出濾波電容C_dc的直流母線電壓，t₀為變換器進入加載瞬態的時間點或者進入加載瞬態的時間到恢復至穩態的時間中選擇的時間點，t′₀為進入加載瞬態的時間到恢復至穩態的時間中選擇的時間點，i_C為電容電流，根據常識可知，對boost PFC進行數字控制需要采樣v_dc，為了不增加額外的電流傳感器，減小硬件成本，這里我們使用估算的電容電流的平均值i′_C來代替i_C；

根據電路關系，電容電流平均值可通過式(2)計算

i′_C＝i_L(1-d)-i_dc (2)

其中，i_L為電感電流，該信號為數字控制所需信號，i_dc為負載電流，i′_C為估計的電容電流，d為占空比信號，所述占空比可直接在數字控制單元中得到。

3.根據權利要求2所述的監測Boost PFC變換器輸出電容容值及退化狀態的方法，其特征在于，負載電流的平均值i_dc計算公式如下，由于負載電流i_dc非恒定電流，估計得到的負載電流i′_dc代替i_dc：

其中，η為Boost PFC的效率，V_ref為輸出電壓參考值，P_i為boost PFC變換器的輸入功率，V_s,m和I_L,m分別為V_S和i_L的峰值，可通過控制用的采樣信號V_S和i_L得到。

4.根據權利要求3所述的監測Boost PFC變換器輸出電容容值及退化狀態的方法，其特征在于，所述溫度信息下的電容參考值中，電容參考值計算的公式如下：

其中，C₀為電容參考值，T_a為溫度信息，χ_Al,λ_Al,和ν_Al為溫度系數，可通過實驗得到。