反激pfc變換器輸出電容esr和c的監(jiān)測(cè)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電能變換裝置中的監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種反激PFC變換器輸出電 容ESR和C的監(jiān)測(cè)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 一般而言，大多數(shù)電子設(shè)備運(yùn)行時(shí)所需要的是一定電壓和功率的直流電，而 多數(shù)情況下，可供直接取電的市電是正弦交流電壓，一般為220V/50HZ(航空領(lǐng)域?yàn)?115V/400化）。因此，需要將交流電經(jīng)過(guò)一定的變換轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡琖滿足電子設(shè)備的需要。 其中，功率因數(shù)校正（PowerFactorCorrection，PFC)變換器，是采用電力電子電路，使輸 入電流波形呈正弦，并且與輸入電壓同相位，W減小對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。與此同時(shí)，它還使 輸出電壓相對(duì)穩(wěn)定，為后級(jí)直流變換器提供相對(duì)穩(wěn)定的直流輸入電壓。
[0003] 在PFC變換器中，由于輸入功率是脈動(dòng)的，而輸出功率是平直的，因此需要儲(chǔ)能電 容來(lái)平衡瞬時(shí)輸入功率和輸出功率。由于該功率脈動(dòng)的頻率較低，一般是輸入電壓頻率的2 倍，因此所需的儲(chǔ)能電容容值較大，同樣定額的電壓和容值情況下，電解電容的體積和成本 較其他種類的電容而言相對(duì)較小，所W通常選用電解電容作為儲(chǔ)能電容。
[0004] 電解電容在使用過(guò)程中，隨著電解液的揮發(fā)，電容值C會(huì)逐漸降低，而等效串聯(lián)電 阻巧quivalentSeriesResistance,ESR)會(huì)逐漸增大，一般而言，同樣溫度條件下，當(dāng)電解 電容的容值減小為初始值的80%，或ESR增大為初始值的2-3倍時(shí)，即可認(rèn)為該電容已失 效，電解電容是電源中壽命最短的元器件。在各種PFC變換器中，單相BoostPFC變換器使 用最為廣泛，但是目前技術(shù)無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)BoostPFC變換器的輸出濾波電容的ESR和C，也 無(wú)法預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)電解電容和電源的壽命，而作為電子設(shè)備系統(tǒng)中重要的組成部分，電容的短 壽和失效會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果，大致如下；1.中斷整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，造成巨大的不 良影響和損失，尤其是在生產(chǎn)運(yùn)輸、航空航天、軍事國(guó)防等領(lǐng)域；2.電容的失效會(huì)產(chǎn)生"連 鎖反應(yīng)"，引起電源中其他元器件的損壞；3.更換元器件或修理電源費(fèi)時(shí)費(fèi)力，既影響生產(chǎn) 生活效率，也提高了成本；4.多數(shù)時(shí)候，僅僅由于電源的失效，就將整個(gè)電子設(shè)備重新更換 或丟棄，不僅造成巨大的成本提高和浪費(fèi)，更產(chǎn)生了電子垃圾，造成環(huán)境污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種反激PFC變換器輸出電容ESR和C的監(jiān)測(cè)裝置及方 法，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)等效串聯(lián)電阻ESR和電容的容值C的變化，對(duì)電解電容和電源的壽命進(jìn)行 準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。
[0006] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種反激PFC變換器輸出電容ESR和C的監(jiān) 測(cè)裝置，包括FlybackPFC變換器主功率電路、驅(qū)動(dòng)電路、顯示單元和信號(hào)處理模塊，所述信 號(hào)處理模塊包括功率電路控制單元、輸出功率P。采樣單元、觸發(fā)脈沖生成單元、直流母線電 壓Ve觸發(fā)采樣單元、電容ESR和C計(jì)算單元；
[0007] 所述FlybackPFC變換器主功率電路包括輸入交流電壓源Vi。、Effl濾波器、整流 橋RB、變壓器T、開關(guān)管Q、輸出二極管D、輸出濾波電容C。，所述輸出濾波電容C。等效為電 阻ESR和電容C串聯(lián)；其中輸入電壓源Vi。與Effl濾波器的輸入端口連接，Effl濾波器的輸 出端口與整流橋RB的輸入端口連接，整流橋RB的輸出負(fù)極為參考電位零點(diǎn)，變壓器T原邊 的一端與整流橋RB的輸出正極連接，變壓器T原邊的另一端與開關(guān)管Q的漏極連接，開關(guān) 管Q的源極與整流橋RB的負(fù)極連接，變壓器T副邊的一端與輸出二極管D的陽(yáng)極連接，變 壓器T副邊的另一端為與原邊隔離的參考電位零點(diǎn)，輸出二極管D的陰極分別接入輸出濾 波電容C。的陽(yáng)極與負(fù)載電阻Ru的一端，輸出濾波電容C。的陰極與負(fù)載電阻Ru的另一端均 連接到與原邊隔離的參考電位；
[000引所述功率電路控制單元的輸入端分別與FlybackPFC變換器主功率電路中整流 后的輸入電壓Vg、直流母線電壓Ve和監(jiān)測(cè)變壓器原邊電感電流Up的電流傳感器輸出端相 連接，功率電路控制單元的輸出端接入驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端接入開關(guān)管Q的口極； FlybackPFC變換器主功率電路中整流后的輸入電壓Vg接入觸發(fā)脈沖生成單元，直流母線 電壓Vc和觸發(fā)脈沖生成單元輸出端的采樣觸發(fā)信號(hào)均接入直流母線電壓Vc觸發(fā)采樣單元， FlybackPFC變換器主功率電路的輸出電流I。和輸出電壓V。均接入輸出功率P。采樣單元， 直流母線電壓Vc觸發(fā)采樣單元和輸出功率P。采樣單元的輸出端均接入電容ESR和C計(jì)算 單元，電容ESR和C計(jì)算單元的輸出端接入顯示單元。
[0009] 進(jìn)一步地，所述信號(hào)處理模塊為DSP或單片機(jī)。
[0010] 進(jìn)一步地，所述顯示單元為1602液晶顯示屏。
[0011] 一種反激PFC變換器輸出電容ESR和C的監(jiān)測(cè)方法，包括W下步驟：
[0012] 步驟1，在信號(hào)處理模塊中創(chuàng)建功率電路控制單元、輸出功率P。采樣單元、觸發(fā)脈 沖生成單元、直流母線電壓Vc觸發(fā)采樣單元、電容ESR和C計(jì)算單元；
[0013] 步驟2,功率電路控制單元根據(jù)FlybackPFC變換器主功率電路整流后的輸入電 壓Vg、直流母線電壓Ve和變壓器原邊電感電流i得到脈寬調(diào)制信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)開關(guān) 管Q;
[0014] 步驟3,FlybackPFC變換器主功率電路整流電壓Vg接入觸發(fā)脈沖生成單元，得到 采樣觸發(fā)脈沖；
[0015] 步驟4,觸發(fā)脈沖生成單元輸出的采樣觸發(fā)信號(hào)和FlybackPFC變換器主功率電 路的直流母線電壓Vc同時(shí)送入直流母線電壓V C觸發(fā)采樣單元，得到直流母線電壓的平均 值Ve和瞬時(shí)值V e(0)、Ve(n/4)，Ve(0)為整流電壓Vg過(guò)零時(shí)刻對(duì)應(yīng)的直流母線電壓瞬時(shí)值， Ve( 31 /4)為整流電壓Vg在31 /4時(shí)刻對(duì)應(yīng)的直流母線電壓瞬時(shí)值；
[0016] 步驟5,FlybackPFC變換器主功率電路的輸出電流I。和輸出電壓V。即Vb送入輸 出功率P。采樣單元，處理得到輸出功率P。；
[0017] 步驟6,將得到的輸出功率P。^及直流母線電壓的平均值Ve和瞬時(shí)值Ve(〇)、 VgO/4)送入電容