[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

本發明公開了一種監測Boost PFC變換器輸出電容容值及退化狀態的方法和裝置，該方法包括以下步驟：信號調理單元輸入電壓V_S、直流母線電壓V_dc和電感電流i_L，得到采樣信號；模數轉換單元接收采樣信號，并轉換為數字信號；瞬態檢測單元接收數字信號，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；若處于加載或卸載瞬態，將信號存儲至瞬態信息存儲單元；容值估計及健康狀態評估單元計算溫度信息下的估計容值，估計的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；電容的退化狀態在顯示或預警單元中顯示或者預警。

技術領域

本申請涉及電能變換裝置中的監測技術領域，尤其涉及一種監測Boost PFC變換器輸出電容容值及退化狀態的方法和裝置。

背景技術

升壓型功率因數校正(Power Factor Correction，PFC)電路可將正弦交流電(一般為220V/50Hz)轉換為直流電，且具有穩定輸出電壓、保證輸入電流與輸入電壓同相位、提高功率因數、減小對電網諧波污染等功能。因此，其被廣泛應用于各類需要直流電源供應的場合，如工農業生產、交通運輸、航空航天、軍事國防等領域。

Boost PFC輸入為正弦交流、輸出為直流，其存在瞬時輸入功率和輸出功率不平衡的問題。在Boost PFC輸出側并聯大容量電容可實現能量緩沖及輸入、輸出功率解耦。由于電解電容具有成本低、容量大的優點，其被廣泛應用于Boost PFC中。但是，電解電容故障率高、可靠性低，是電力電子變換器系統中最薄弱的環節。電解電容的故障會導致變換器系統中其他元件損壞，進而中斷供電系統的正常運行，并造成連鎖故障，影響工業生產、交通運輸、航空航天、軍事國防等重點用電裝備的安全運行。據統計，30％以上的功率變換器故障是由電解電容老化失效引起的，對其進行在線監測、預測其健康狀態，并其發生嚴重退化失效之前進行維護，對于保證Boost PFC變換器及供電系統的可靠運行具有重要意義。

隨著電解電容的老化，其電容值C會降低，而等效串聯電阻ESR會增加。一般來說，在同樣溫度條件下，電解電容的容值降低為初始值的80％，或等效串聯電阻增加到初始值的2.8倍，即可認為電解電容失效。因此，可以對電解電容的容值或等效串聯電阻進行在線監測，以實現故障預警或剩余壽命預測。

Boost PFC開關頻率較高，往往大于20kHz。目前的電容監測方法多基于高頻穩態紋波(包括開關頻率紋波和工頻紋波)，采樣及信號處理較為復雜，且普遍未考慮結合數字控制的特點，需要額外的硬件電路。

因此，提供一種不需要額外硬件電路，且結合數字控制特點的監測Boost PFC變換器輸出電容容值及退化狀態的方法和裝置，是目前需要解決的主要問題。

發明內容

本申請提供了一種監測Boost PFC變換器輸出電容容值及退化狀態的方法和裝置，能夠監測估計電容容值，來評估電容的退化狀態，并顯示容值或在電容退化之前進行報警。

本申請采用的技術方案如下：

本發明提供了一種監測Boost PFC變換器輸出電容容值及退化狀態的方法，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，來判斷是否處于加載或者卸載瞬態；