ESR和C的監(jiān)測裝置及方法
[0054] 結(jié)合圖2,本發(fā)明CCM反激變換器輸出電容ESR和C的監(jiān)測裝置，包括flyback變 換器主功率電路1、驅(qū)動電路3、顯示單元8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2、開關(guān)頻率:^計(jì)算單元4、占空比D計(jì)算單元5、輸出電壓觸發(fā)采樣單元6、電 容ESR和C計(jì)算單元7 ;
[0055] 所述flyback變換器主功率電路1包括輸入電壓源Vin、開關(guān)管Qb、續(xù)流二極管D b、 耦合電感L、輸出濾波電容和負(fù)載&，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，耦合電感L原邊一端與開關(guān)管Q b的源極連接， 耦合電感L副邊的異名端與續(xù)流二極管Db的陽極連接，耦合電感L原邊另一端與電壓源V in 的負(fù)極連接，續(xù)流二極管Db的陰極分別與等效串聯(lián)電阻ESR的一端及負(fù)載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&的另一端均與 耦合電感L副邊的同名端連接，負(fù)載&兩端為輸出電壓V ^
[0056] 所述功率電路控制單元2的輸入端分別與flyback變換器主功率電路1的電壓源 V in和輸出電壓V。連接，功率電路控制單元2輸出端的PffM信號分別接入開關(guān)頻率f s計(jì)算 單元4和占空比D計(jì)算單元5，flyback變換器主功率電路1的輸出電壓V。和功率電路控 制單元2輸出端的PffM信號均接入輸出電壓觸發(fā)采樣單元6,開關(guān)頻率匕計(jì)算單元4、占空 比D計(jì)算單元5、輸出電壓觸發(fā)采樣單元6的輸出端均接入電容ESR和C計(jì)算單元7,電容 ESR和C計(jì)算單元7的輸出端接入顯示單元8 ;所述驅(qū)動電路3的輸入端與功率電路控制單 元2輸出端的PffM信號連接，驅(qū)動電路3的輸出端接入開關(guān)管Qb的柵極。所述信號處理模 塊為DSP芯片TMS320F28335 ;所述顯示單元（8)為1602液晶顯示屏。
[0057] 基于本發(fā)明CCM反激變換器輸出電容ESR和C的監(jiān)測裝置的監(jiān)測方法，包括以下 步驟：
[0058] 步驟1，在信號處理模塊中創(chuàng)建功率電路控制單元2、開關(guān)頻率匕計(jì)算單元4、占空 比D計(jì)算單元5、輸出電壓觸發(fā)采樣單元6、電容ESR和電容量C計(jì)算單元7 ;
[0059] 步驟2,信號處理模塊的功率電路控制單元2采集flyback變換器主功率電路1的 輸出電壓v。和輸入電壓V in，得到PffM信號并經(jīng)驅(qū)動電路3驅(qū)動開關(guān)管Q ;
[0060] 步驟3,功率電路控制單元2輸出的PffM信號送入開關(guān)頻率匕計(jì)算單元4和占空 比D計(jì)算單元5,經(jīng)開關(guān)頻率匕計(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 ;
[0061] 步驟4,功率電路控制單元2輸出的PffM信號和flyback變換器主功率電路1的 輸出電壓V。同時(shí)送入輸出電壓觸發(fā)采樣單元6,經(jīng)輸出電壓觸發(fā)采樣單元6處理得到輸出 電壓的瞬時(shí)值v。(0)、v。(DTs/2)、v。[ (1+D) Ts/2]和輸出電壓的平均值VciJ 3為變換器開關(guān)周 期，D為變換器的占空比，Vci(O)為PffM信號上升沿時(shí)刻對應(yīng)的瞬時(shí)輸出電壓， Vc](DTs/2)為 PffM信號上升沿和下降沿之間的中點(diǎn)時(shí)刻對應(yīng)的瞬時(shí)輸出電壓，v。[ (I +D) Ts/2]為PffM信號 下降沿和上升沿之間的中點(diǎn)時(shí)刻對應(yīng)的瞬時(shí)輸出電壓；
[0062] 步驟5,將得到的開關(guān)頻率fs、占空比D、以及輸出電壓的瞬時(shí)值Vci(O)、 Vc](DTs/2)、 Vci[ (1+D) Ts/2]和輸出電壓的平均值VJt入電容ESR和C計(jì)算單元7進(jìn)行綜合處理，根據(jù)公 式（12)得到flyback變換器中輸出濾波電容當(dāng)前電容C的值，根據(jù)公式（14)得到flyback 變換器中輸出濾波電容當(dāng)前等效串聯(lián)電阻ESR的值；
[0063] 步驟6,電容ESR和C計(jì)算單元7將所得的等效串聯(lián)電阻ESR和電容C的值送入顯 示單元8實(shí)時(shí)顯示。
[0064] 本發(fā)明針對CCM flyback變換器的輸出濾波電容，設(shè)計(jì)出一種高效穩(wěn)定的輸出濾 波電容等效串聯(lián)電阻ESR和電容C的在線監(jiān)測裝置及方法，該方法可以在不影響電路正常 工作的情況下對電容的參數(shù)ESR和C進(jìn)行監(jiān)測，為電容和電源的壽命預(yù)測提供依據(jù)，并且無 需電容電流監(jiān)測部分，方便實(shí)現(xiàn)，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種CCM反激變換器輸出電容ESR和C的監(jiān)測裝置，其特征在于，包括flyback變換 器主功率電路（1)、驅(qū)動電路（3)、顯示單元（8)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（2)、開關(guān)頻率:^計(jì)算單元（4)、占空比D計(jì)算單元（5)、輸出電壓觸發(fā)采樣 單元（6)、電容ESR和C計(jì)算單元（7); 所述flyback變換器主功率電路（1)包括輸入電壓源Vin、開關(guān)管Qb、續(xù)流二極管D b、耦 合電感L、輸出濾波電容和負(fù)載&，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Qb的漏極與電壓源V ιη的正極連接，耦合電感L原邊一端與開關(guān)管Q b的源極連接，耦 合電感L副邊的異名端與續(xù)流二極管Db的陽極連接，耦合電感L原邊另一端與電壓源V ιη的 負(fù)極連接，續(xù)流二極管Db的陰極分別與等效串聯(lián)電阻ESR的一端及負(fù)載I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&的另一端均與耦 合電感L副邊的同名端連接，負(fù)載&兩端為輸出電壓V ^ 所述功率電路控制單元（2)的輸入端分別與flyback變換器主功率電路（1)的電壓源 Vin和輸出電壓V。連接，功率電路控制單元（2)輸出端的PffM信號分別接入開關(guān)頻率f 3計(jì) 算單元（4)和占空比D計(jì)算單元（5)，flyback變換器主功率電路（1)的輸出電壓V。和功 率電路控制單元（2)輸出端的PffM信號均接入輸出電壓觸發(fā)采樣單元(6)，開關(guān)頻率匕計(jì) 算單元（4)、占空比D計(jì)算單元（5)、輸出電壓觸發(fā)采樣單元（6)的輸出端均接入電容ESR 和C計(jì)算單元（7)，電容ESR和C計(jì)算單元（7)的輸出端接入顯示單元（8); 所述驅(qū)動電路（3)的輸入端與功率電路控制單元（2)輸出端的PffM信號連接，驅(qū)動電 路（3)的輸出端接入開關(guān)管Qb的柵極。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CCM反激變換器輸出電容ESR和C的監(jiān)測裝置，其特征在于， 所述信號處理模塊為DSP芯片TMS320F28335。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CCM反激變換器輸出電容ESR和C的監(jiān)測裝置，其特征在于， 所述顯示單元（8)為1602液晶顯示屏。4. 一種CCM反激變換器輸出電容ESR和C的監(jiān)測方法，其特征在于，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（2)、開關(guān)頻率匕計(jì)算單元（4)、占空 比D計(jì)算單元（5)、輸出電壓觸發(fā)采樣單元（6)、電容ESR和C計(jì)算單元（7); 步驟2,信號處理模塊的功率電路控制單元（2)采集flyback變換器主功率電路（1)的 輸出電壓v。和輸入電壓Vin，得到PffM信號并經(jīng)驅(qū)動電路（3)驅(qū)動開關(guān)管Qb; 步驟3,功率電路控制單元（2)輸出的PffM信號分別送入開關(guān)頻率匕計(jì)算單元（4)和 占空比D計(jì)算單元（5)，經(jīng)開關(guān)頻率匕計(jì)算單元（4)處理得出變換器當(dāng)前的開關(guān)頻率1，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 ; 步驟4,功率電路控制單元（2)輸出的PffM信號和flyback變換器主功率電路（1)的 輸出電壓v。同時(shí)送入輸出電壓觸發(fā)采樣單元（6)，經(jīng)輸出電壓觸發(fā)采樣單元（6)處理得到 輸出電壓的瞬時(shí)值v。(0)、v。(DTs/2)、v。[ (1+D) Ts/2]和輸出電壓的平均值VciJ s為變換器開 關(guān)周期，D為變換器的占空比，v。(0)為PffM信號上升沿時(shí)刻對應(yīng)的瞬時(shí)輸出電壓，v。(DTs/2) 為PffM信號上升沿和下降沿之間的中點(diǎn)時(shí)刻對應(yīng)的瞬時(shí)輸出電壓，v。[ (1+D) Ts/2]為PffM信 號下降沿和上升沿之間的中點(diǎn)時(shí)刻對應(yīng)的瞬時(shí)輸出電壓； 步驟5，將得到的開關(guān)頻率f s、占空比D、以及輸出電壓的瞬時(shí)值v。(0)、v。(DTs/2)、 \[(1+〇)172]和輸出電壓的平均值V。送入電容ESR和C計(jì)算單元（7)進(jìn)行綜合處理，得到 flyback變換器中輸出濾波電容當(dāng)前等效串聯(lián)電阻ESR和電容C的值； 步驟6,電容ESR和C計(jì)算單元（7)將所得的等效串聯(lián)電阻ESR和電容C的值送入顯示 單元（8)實(shí)時(shí)顯示。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的CCM反激變換器輸出電容ESR和C的監(jiān)測方法，其特征在于， 步驟5中所述ESR和C計(jì)算單元（7)綜合處理的公式如下：式中，ESR為等效串聯(lián)電阻的阻值，C為電容的容值，L為電感值，fs為變換器開關(guān)頻率， Ts為變換器開關(guān)周期，V。為輸出電壓平均值，D為變換器的占空比，V。(O)為PffM信號上升沿 時(shí)刻對應(yīng)的瞬時(shí)輸出電壓，為PWM信號上升沿和下降沿之間的中點(diǎn)時(shí)刻對應(yīng)的瞬時(shí)輸出電壓， 為PWM信號下降沿和上升沿之間的中點(diǎn)時(shí)刻對應(yīng)的瞬時(shí)輸出電 壓。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種CCM反激變換器輸出電容ESR和C的監(jiān)測裝置及方法。該裝置包括flyback變換器主功率電路、驅(qū)動電路、顯示單元和信號處理模塊，其中信號處理模塊包括功率電路控制單元、開關(guān)頻率fs計(jì)算單元、占空比D計(jì)算單元、輸出電壓觸發(fā)采樣單元、電容ESR和C計(jì)算單元；該方法為通過監(jiān)測開關(guān)管的PWM驅(qū)動脈沖信號，經(jīng)占空比D計(jì)算單元得到占空比，經(jīng)開關(guān)頻率fs計(jì)算單元得到變換器的開關(guān)頻率，輸出電壓觸發(fā)采樣單元一方面監(jiān)測輸出電壓平均值，另一方面觸發(fā)采樣得到輸出電壓的瞬時(shí)值，將上述數(shù)據(jù)送入電容ESR和C計(jì)算單元，得到flyback變換器中輸出濾波電容當(dāng)前ESR和C的值。本發(fā)明無需電流傳感器，不影響變換器的正常工作，為電容和電源的壽命預(yù)測提供依據(jù)。
【IPC分類】G01R27/26, G01R27/02, H02M3/335
【公開號】CN105162332
【申請?zhí)枴緾N201510624232
【發(fā)明人】曹誠, 姚凱, 周世林, 楊思文, 韓旭芝
【申請人】南京理工大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年9月25日