一种Boost变换器输出电容ESR的监测方法

一种boost变换器输出电容esr的监测方法
技术领域
1.本发明属于电容健康监测技术领域，尤其是一种boost变换器输出电容esr的监测方法。


背景技术：

2.由于高效率、小体积、低噪声等优点，电力电子变换器已广泛应用于军事、航空航天、工业等领域。在电力电子变换器中，为了得到较高质量的输出电压，必须采用电容滤除高频噪声，其中电解电容最为常用。有调查指出电解电容为电力电子变换器中失效率最高的功率器件。电解电容使用一段时间后，电容的等效串联电阻esr会增大，电容的容值c会减小，当两者变化至一定程度后，即可认为该电容已经失效，电容的失效将会造成变换器以及系统的运行故障。工业上，电解电容的等效串联电阻值与电容容值是用来衡量电容健康状况的重要指标。boost变换器在新能源发电、计算机电源、通讯电源等领域广泛使用。并且由于老化后的输出输出电容的等效串联电阻值esr变化明显易于监测，因此监测boost变换器的输出输出电容的等效串联电阻值esr对于评估其健康状况至关重要。然而，现有的boost变换器输出电容esr辨识过程复杂，且需要高精度的触发采样电路对某个特定时刻的输出电压瞬时值进行采样，因而无法提供一种较为简便且通用的电容健康监测方法。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明目的在于提供一种boost变换器输出电容esr的监测方法，能够在线实时监测esr，对电解电容的健康状态进行监测。
4.本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
5.一种boost变换器输出电容esr的监测方法，包括以下步骤：
6.步骤a)，采样电感电流i
l
(t)与输出电压vo(t)，并使输出电压vo(t)通过高通滤波单元并同步采样获取输出电压交流分量v
o_ac
(t)；
7.步骤b)，将电感电流i
l
(t)经过switch模块获得电感电流不为零的时间占比d
on
d
off
的值，当其值为1时，变换器处在ccm工作状态，当其值小于1时，变换器处在dcm工作状态；
8.步骤c)，根据电感电流均值i
l
和输出电压均值vo与占空比d
on
和开关管关断后电感电流不为零的时间占比d
off
的值，在不同状态下利用不同公式计算负载电阻ro的值；
[0009][0010]
步骤d)，根据输出电压vo(t)和负载端电阻ro与电感电流i
l
(t)的值拟合出电容电流ic(t)的波形；
[0011][0012]
其中g(t)是脉冲宽度为d
off
，幅值为1，周期为1/fs的矩形脉冲信号。
[0013]
步骤e)，根据电感电流ic(t)与输出电压的交流分量v
o_ac
(t)值计算得到滤波电容等效串联电阻esr值。
[0014][0015]
其中t＝1/fs。
[0016]
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0017]
1.本发明同时适用于ccm与dcm的模式；
[0018]
2.本发明无需监测功率开关器件的pwm驱动脉冲信号，无需繁琐的计算；
[0019]
3.对于输出电压、电流双环控制的boost变换器，本发明无需引入新的采样点；
[0020]
4.电路简单，无需高精度的触发采样电路，可以实现esr的精确监测，具有重要的实际应用价值。
附图说明
[0021]
图1为本发明中输出电容esr值监测方法的示意图；
[0022]
图2为本发明boost电路工作波形图。
具体实施方式
[0023]
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
[0024]
图1为本发明提供的一种boost变换器输出电容esr的监测方法示意图，包括如下步骤：
[0025]
步骤a)，采样电感电流i
l
(t)与输出电压vo(t)，并使输出电压vo(t)通过高通滤波单元并同步采样获取其交流分量v
o_ac
(t)；
[0026]
步骤b)，将电感电流i
l
(t)经过switch模块获得电感电流不为零的时间占比d
on
d
off
的值，当其值为1时，变换器处在ccm工作状态，当其值小于1时，变换器处在dcm工作状态；
[0027]
步骤c)，根据电感电流均值i
l
和输出电压均值vo与占空比d
on
和开关管关断后电感电流不为零的时间占比d
off
的值，在不同状态下利用不同公式计算负载电阻ro的值；
[0028][0029]
步骤d)，根据输出电压vo(t)和负载端电阻ro与电感电流i
l
(t)的值拟合出电容电流ic(t)的波形；
[0030]
[0031]
其中g(t)是脉冲宽度为d
off
，幅值为1，周期为1/fs的矩形脉冲信号。
[0032]
步骤e)，根据电感电流ic(t)与输出电压的交流分量v
o_ac
(t)值计算得到滤波电容等效串联电阻esr值。
[0033][0034]
其中t＝1/fs。
[0035]
图2为本发明中的boost电路中负载为阻性时的工作波形图，其中图2(a)为ccm模式，图2(b)为dcm模式。本发明提供了boost变换器输出电容等效串联电阻测得仿真结果，仿真条件为：输入电压v
in
＝10v，电感量lf＝240μh，电容容值c＝120μf，开关频率fs＝20khz，采样频率fc＝10mhz。首先进行电路运行仿真，运行停止后电感电流i
l
(t)、输出电压vo(t)及其交流分量v
o_ac
(t)、电感电流的占空比d
on
与开关管关断后不为零的时间占比d
off
被导入matlab的workspace中，根据占空比d
on
与开关管关断后不为零的时间占比d
off
的值判断boost电路工作模式，并计算负载ro的值，然后进行电流拟合处理得到输出电容电流ic(t)，最后进行数据处理计算得到输出电容的等效串联电阻esr值，不同条件下得仿真结果如表1所示，由此可见本发明提供的boost电路输出输出电容esr值监测方法具有较高得跟踪精度。
[0036]
表1
[0037]
esr实际值/ω0.20.40.20.4占空比d0.50.50.50.5r
l
/ω10(ccm)10(ccm)100(dcm)100(dcm)esr计算值/ω0.20030.39770.19850.3947
[0038]
本发明提供的boost电路输出电容esr值监测方法的优势在于无需引入新的测量点，方法简单易实现，同时适用于ccm和dcm的模式。
[0039]
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0040]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。