一种Buck变换器输出电容tanδ监测方法

一种buck变换器输出电容tan
δ
监测方法
技术领域
1.本发明属于电能变换装置中的故障预测与健康管理技术领域，公开了一种buck变换器输出电容tanδ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，电解电容的损耗角正切值与电容容值是用来衡量电容健康状况的重要指标。buck类直直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，因此监测buck类直直变换器的输出滤波电容的损耗角正切值对于评估其健康状况至关重要。然而，现有的基于输出电压的buck变换器损耗角正切值监测方法仅适用于ccm模式下输出电压的峰值点对应开关时刻的情况，无法提供一种较为简便且更为通用的电容健康监测方法。


技术实现要素：

3.有鉴于此，提供一种buck变换器输出电容tanδ监测方法，同时适用于ccm与dcm，能够在线实时监测损耗角正切值tanδ的变化，对电解电容的健康状态进行监测，从而为对电力电子电路进行故障预测提供研究基础。
4.本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
5.一种buck变换器输出电容tanδ监测方法，包括以下步骤：
6.步骤1，将输出电压vo通过高通滤波单元获取输出电压交流分量v
o_ac
；
7.步骤2，对输出电压交流分量v
o_ac
进行采样得到n个输出电压交流分量采样值v
o_ac
(k)，k＝1～n，并根据如下规则确定第一处理值my(j)和第二处理值m
x
(j)，j＝1～n；
8.i从3开始至n-1结束，步长为1，若[v
o_ac
(i 1)-2v
o_ac
(i) v
o_ac
(i-1)][v
o_ac
(i)-2v
o_ac
(i-1) v
o_ac
(i-2)]《0或v
o_ac
(i-1)》v
o_ac
(i 1)》v
o_ac
(i)，
[0009]
则my(j)＝v
o_ac
(i),m
x
(j)＝i；
[0010]
步骤3，对第一处理值my(j)按如下规则进行预处理：
[0011]
若my(j)《my(j-1)《my(j-2),则my(j-1)＝my(j)，j＝1～n；
[0012]
步骤4，利用第二处理值m
x
(j)与步骤4预处理之后的第一处理值my(j)进行一次多项式插值得到n个第三处理值vc(k)，k＝1～n；
[0013]
步骤5，根据输出电压交流分量采样值v
o_ac
(k)与第三处理值vc(k)计算输出电容tanδ值，所述输出电容tanδ值的计算公式如下：
[0014][0015]
与现有技术相比，本发明的显著优点为：
[0016]
1.本发明只需要采样输出电压交流分量，无需其他信号，实现方式简单；
[0017]
2.本发明无需检测电流信号，无需电流传感器；
[0018]
3.本发明同时适用于ccm与dcm的buck型变换器。
附图说明
[0019]
图1为本发明提供的一种buck变换器输出电容tanδ监测方法示意图；
[0020]
图2为buck变换器在ccm和dcm模式下的工作波形图。
具体实施方式
[0021]
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
[0022]
如图1所示，本发明公开了一种buck变换器输出电容tanδ监测方法，包括以下步骤：
[0023]
步骤1，将输出电压vo通过高通滤波单元获取输出电压交流分量v
o_ac
；
[0024]
步骤2，对输出电压交流分量v
o_ac
进行采样得到n个输出电压交流分量采样值v
o_ac
(k)，k＝1～n，并根据如下规则确定第一处理值my(j)和第二处理值m
x
(j)，j＝1～n；
[0025]
i从3开始至n-1结束，步长为1，
[0026]
若[v
o_ac
(i 1)-2v
o_ac
(i) v
o_ac
(i-1)][v
o_ac
(i)-2v
o_ac
(i-1) v
o_ac
(i-2)]《0或v
o_ac
(i-1)》v
o_ac
(i 1)》v
o_ac
(i)，
[0027]
则my(j)＝v
o_ac
(i),m
x
(j)＝i；
[0028]
步骤3，对第一处理值my(j)按如下规则进行预处理：
[0029]
若my(j)《my(j-1)《my(j-2),则my(j-1)＝my(j)，j＝1～n；
[0030]
步骤4，利用第二处理值m
x
(j)与步骤4预处理之后的第一处理值my(j)进行一次多项式插值得到n个第三处理值vc(k)，k＝1～n；
[0031]
步骤5，根据输出电压交流分量采样值v
o_ac
(k)与第三处理值vc(k)计算输出电容tanδ值，所述输出电容tanδ值的计算公式如下：
[0032][0033]
上述步骤中的信号处理过程都可以在matlab软件中完成。
[0034]
图2为本发明中的buck变换器在ccm和dcm模式下的工作波形图。本发明提供了buck变换器输出电容损耗角正切值监测的仿真结果，仿真条件为：输入电压v
in
＝24v，电感量lf＝220μh，开关频率fs＝50khz，采样频率fc＝10mhz。首先进行电路运行仿真，运行停止后输出电压vo被导入matlab的workspace中，进行数据处理，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buck变换器输出电容tanδ的监测方法在ccm模式下(对应图2a)具有很高的跟踪精度，在dcm模式下(对应图2b)精度虽然不高但是可以准确地跟踪tanδ的变化情况。
[0035]
表1
[0036][0037][0038]
本发明提供的buck变换器输出电容tanδ的监测方法的优势在于只需要输出电压信号，无需引入新的测量点，无需电流传感器，不影响变换器的正常工作，方法简单易实现。需要注意的是，本发明同时适用于ccm与dcm buck变换器输出电容tanδ，也适用于输出电压的峰值与开关时刻不对应的场合。
[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。