CN103412265A

CN103412265A - Ccm降压变换器输出电容esr和c的监测装置及方法

Info

Publication number: CN103412265A
Application number: CN201310346359XA
Authority: CN
Inventors: 姚凯; 唐伟杰; 胡文斌; 吕建国; 胡心诚
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2033-08-09
Also published as: CN103412265B

Abstract

本发明公开了一种CCM降压变换器输出电容ESR和C的监测装置及方法。该装置包括Buck变换器主功率电路、驱动电路、显示单元和信号处理模块，其中信号处理模块包括功率电路控制单元、开关频率f_s计算单元、占空比D计算单元、输出电压触发采样单元、电容ESR和C计算单元；该方法为通过检测开关管的PWM驱动脉冲信号，经占空比D计算单元得到占空比，经开关频率f_s计算单元得到变换器的开关频率，输出电压触发采样单元一方面检测输出电压平均值，另一方面触发采样得到输出电压的瞬时值，将上述数据送入电容ESR和C计算单元，得到Buck变换器中输出滤波电容当前ESR和C的值。本发明无需电流传感器，不影响变换器的正常工作，为电容和电源的寿命预测提供依据。

Description

CCM降压变换器输出电容ESR和C的监测装置及方法

技术领域

本发明属于电能变换装置中的监测技术领域，特别是一种CCM降压变换器输出电容ESR和C的监测装置及方法。

背景技术

由于效率高、体积小等优点，开关电源在日常生产生活中应用十分广泛。一般而言，为了得到较为稳定的输出电压，必须采用电容有效滤除高频噪声。变换器工作一段时间之后，电容的容值(Capacitance,C)和等效串联电阻(Equivalent Series Resistance,ESR)会发生变化，与初电容值C和阻值ESR相比，当该变化量较大时，即可认为该电容已失效，电容的失效将会造成电源和系统的运行故障。降压(Buck)、升压(Boost)、升降压(Buck-Boost)变换器是三种最基本的开关电源变换器，其他的变换器均可以由这三种变换器衍变而来。其中，CCM(Continuous Current Mode，电流连续模式)Buck变换器在计算机电源、通讯电源、航空航天等领域广泛使用，因此监测CCM Buck变换器的输出滤波电容的ESR和C，预测其寿命非常重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CCM降压变换器输出电容ESR和C的监测装置及方法，能够实时监测等效串联电阻ESR和电容的容值C的变化，对电解电容和电源的寿命进行准确预测。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种CCM降压变换器输出电容ESR和C的监测装置包括Buck变换器主功率电路、驱动电路、显示单元和信号处理模块，所述信号处理模块包括功率电路控制单元、开关频率f_s计算单元、占空比D计算单元、输出电压触发采样单元、电容ESR和C计算单元；

所述Buck变换器主功率电路包括输入电压源V_in、开关管Q_b、续流二极管D_b、滤波电感L、输出滤波电容和负载R_L，所述输出滤波电容包括等效串联电阻ESR和电容C，其中开关管Q_b的漏极与电压源V_in的正极连接，续流二极管D_b的阴极与开关管Q_b的漏极连接，续流二极管D_b的阳极与电压源V_in的负极连接，滤波电感L的一端与续流二极管D_b的阴极连接，滤波电感L的另一端分别与等效串联电阻ESR的一端及负载R_L的一端连接，等效串联电阻ESR的另一端与电容C的一端连接，电容C的另一端及负载R_L的另一端均与电压源V_in的负极连接，负载R_L两端为输出电压v_o；

所述功率电路控制单元的输入端分别与Buck变换器主功率电路的电压源V_in和输出电压v_o连接，功率电路控制单元输出端的PWM信号分别接入开关频率f_s计算单元和占空比D计算单元，Buck变换器主功率电路的输出电压v_o和功率电路控制单元输出端的PWM信号均接入输出电压触发采样单元，开关频率f_s计算单元、占空比D计算单元、输出电压触发采样单元的输出端均接入电容ESR和C计算单元，电容ESR和C计算单元的输出端接入显示单元；

所述驱动电路的输入端与功率电路控制单元输出端的PWM信号连接，驱动电路的输出端接入开关管Q_b的门极。

一种CCM降压变换器输出电容ESR和C的监测方法，包括以下步骤：

步骤1，在信号处理模块中创建功率电路控制单元、开关频率f_s计算单元、占空比D计算单元、输出电压触发采样单元、电容ESR和电容量C计算单元；

步骤2，信号处理模块的功率电路控制单元采集Buck变换器主功率电路的输出电压V_o和输入电压V_in，得到PWM信号并经驱动电路驱动开关管Q；

步骤3，功率电路控制单元输出的PWM信号送入开关频率f_s计算单元和占空比D计算单元，经开关频率f_s计算单元处理得出变换器当前的开关频率f_s，经占空比D计算单元处理得出变换器当前的占空比D；

步骤4，功率电路控制单元输出的PWM信号和Buck变换器主功率电路的输出电压v_o同时送入输出电压触发采样单元，经输出电压触发采样单元处理得到输出电压的瞬时值v_o(0)、v_o(DT_s/2)和输出电压的平均值V_o；

步骤5，将得到的开关频率f_s、占空比D、以及输出电压的瞬时值v_o(0)、v_o(DT_s/2)和输出电压的平均值V_o送入电容ESR和C计算单元进行综合处理，得到Buck变换器中输出滤波电容当前等效串联电阻ESR和电容C的值；

步骤6，电容ESR和C计算单元将所得的等效串联电阻ESR和电容C的值送入显示单元实时显示。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：（1）不影响变换器的正常工作；（2）在线监测电容的ESR和C值，为电容和电源的寿命预测提供依据；（3）无需电流传感器及其辅助电路检测电容电流，减小了参数监测的难度。

附图说明

图1是CCM Buck变换器开关周期中的工作波形。

图2是本发明CCM降压变换器输出电容ESR和C的监测方法示意图。

其中：V_in-输入电压，I_in-输入电流，i_L-电感电流，i_C-电容电流，I_o-输出电流，v_o-输出电压，V_o-输出电压平均值，Q_b-开关管，D_b-二极管，L-电感，C-输出滤波电容值，ESR-等效串联电阻值，R_L-负载，V_gs-开关管Q_b的驱动电压，D-占空比，t-时间，T_s-变换器开关周期，f_s-变换器开关频率，ΔI_L-电感电流纹波峰峰值，v_ESR-等效串联电阻上的电压，v_C-电容上的电压。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作出进一步详细说明。

本发明设计一种在线监测工作于电感电流连续模式(Continuous Conduction Mode,CCM)的降压(Buck)变换器输出滤波电容ESR和C的装置及方法。

1、理论推导：

图1为CCM Buck变换器开关周期中的工作波形。当开关管Q_b导通时，二极管D_b截止，电感L两端的电压为V_in-V_o，其电感电流i_L以(V_in-V_o)/L的斜率线性上升。当二极管D_b关断时，电感电流i_L通过二极管D_b续流，此时电感L两端的电压为-V_o，电感电流i_L以V_o/L的斜率下降。由于Buck变换器工作在CCM模式，因此在开关周期结束前，电感电流i_L未下降到零。电感电流i_L在一个开关周期内的平均值即为输出电流I_o。

电感电流i_L在一个周期中的表达式如下：

<math> <mrow> <msub> <mi>i</mi> <mi>L</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfenced open='{' close=''> <mtable> <mtr> <mtd> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mi>in</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>o</mi> </msub> </mrow> <mi>L</mi> </mfrac> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mi>o</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>D</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <mo>&CenterDot;</mo> <mi>L</mi> <mo>&CenterDot;</mo> <msub> <mi>f</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <msub> <mi>I</mi> <mi>o</mi> </msub> </mtd> <mtd> <mi>0</mi> <mo>&le;</mo> <mi>t</mi> <mo><</mo> <mi>D</mi> <msub> <mi>T</mi> <mi>s</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>-</mo> <mfrac> <msub> <mi>V</mi> <mi>o</mi> </msub> <mi>L</mi> </mfrac> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mi>o</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>D</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <mo>&CenterDot;</mo> <mi>L</mi> <mo>&CenterDot;</mo> <msub> <mi>f</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <msub> <mi>I</mi> <mi>o</mi> </msub> </mtd> <mtd> <mi>D</mi> <msub> <mi>T</mi> <mi>s</mi> </msub> <mtext>&le;t<</mtext> <msub> <mi>T</mi> <mi>s</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </math>

其中V_in为输入电压，V_o为输出电压平均值，L为电感值，f_s为Buck变换器的开关频率，D为开关管的占空比，T_s为Buck变换器的开关周期,t为时间。

电容电流i_C的表达式为：

<math> <mrow> <msub> <mi>i</mi> <mi>C</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfenced open='{' close=''> <mtable> <mtr> <mtd> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mi>in</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>o</mi> </msub> </mrow> <mi>L</mi> </mfrac> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mi>o</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>D</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <mo>&CenterDot;</mo> <mi>L</mi> <mo>&CenterDot;</mo> <msub> <mi>f</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> <mo>&le;</mo> <mi>t</mi> <mo><</mo> <mi>D</mi> <msub> <mi>T</mi> <mi>s</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>-</mo> <mfrac> <msub> <mi>V</mi> <mi>o</mi> </msub> <mi>L</mi> </mfrac> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mi>o</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>D</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <mo>&CenterDot;</mo> <mi>L</mi> <mo>&CenterDot;</mo> <msub> <mi>f</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mtd> <mtd> <mi>D</mi> <msub> <mi>T</mi> <mi>s</mi> </msub> <mtext>&le;t<</mtext> <msub> <mi>T</mi> <mi>s</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </math>

电容电流i_C在电容C和等效串联电阻ESR上的压降分别为v_C(t)和v_ESR(t)，其波形如结合图1，等效串联电阻ESR上的电压v_ESR(t)波形与电容电流i_C(t)波形形状一致，其表达式为：

v_{ESR} (t) = ESR \cdot i_{C} (t) = \{\begin{matrix} ESR \cdot [\frac{V_{in} - V_{o}}{L} t - \frac{V_{o} (1 - D)}{2 \cdot L \cdot f_{s}}] & 0 \leq t < D T_{s} \\ ESR \cdot [- \frac{V_{o}}{L} t + \frac{V_{o} (1 + D)}{2 \cdot L \cdot f_{s}}] & D T_{s} \leq t < T_{s} \end{matrix} - - - (3)

电容电压v_C(t)与电容电流i_C(t)的关系如下式：

v_{C} (t) = \{\begin{matrix} V_{C} (0) + \frac{1}{C} {&Integral;}_{0}^{t} i_{C} (t) dt = V_{C} (0) + \frac{V_{in} - V_{o}}{2 LC} t^{2} - \frac{V_{o} (1 - D)}{2 LC f_{s}} t & 0 \leq t < D T_{s} \\ V_{C} (0) + \frac{1}{C} {&Integral;}_{{DT}_{s}}^{t} i_{C} (t) dt = V_{C} (0) - \frac{V_{o}}{2 LC} t^{2} + \frac{v_{o} (1 + D)}{2 LC f_{s}} t - \frac{D V_{o}}{2 LC {f_{s}}^{2}} & D T_{s} \leq t < T_{s} \end{matrix}- - - - (4)

其中V_C(0)为零时刻对应的电容电压。

显然，等效串联电阻ESR上的电压直流分量为0，即v_ESR(t)在开关周期内的平均值为0，因此，将式(4)在变换器的一个开关周期T_s内求平均值，即为输出电压平均值V_o，如下式所示：

V_{o} = \frac{1}{T_{s}} {&Integral;}_{0}^{T_{s}} v_{C} (t) dt

= \frac{1}{T_{s}} {{&Integral;}_{0}^{D T_{s}} [V_{C} (0) + \frac{V_{in} - V_{o}}{2 LC} t^{2 -} \frac{V_{o} (1 - D)}{2 LC f_{s}} t] dt + {&Integral;}_{D T_{s}}^{T_{s}} [V_{C} (0) - \frac{V_{o}}{2 LC} t^{2} + \frac{V_{o} (1 + D)}{2 LC f_{s}} t - \frac{D V_{o}}{2 LC {f_{s}}^{2}} t] dt} - - - (5)

= V_{C} (0) + \frac{V_{o} (2 D - 1) (D - 1)}{12 LC {f_{s}}^{2}}

由式可(5)得：

V_{C} (0) = [1 - \frac{(2 D - 1) (D - 1)}{12 L {Cf}_{s}^{2}}] V_{o} - - - (6)

从附图1可以看出，电容C上的电压为电容电压v_C(t)与ESR电压v_ESR(t)的合成电压，该电压与电容电流i_C、电容C、等效串联电阻ESR等有关，实际电路中，根据检测所得的纹波电流i_C(t)和合成电压v_C(t)+v_ESR(t)的信息即可反推出电容C和等效串联电阻ESR值。为此，重点考察0时刻和DT_s/2两个时刻点。

电容电压v_C(t)与等效串联电阻ESR电压v_ESR(t)的合成电压即为输出电压瞬时值v_o(t)，根据式(3)、式(4)和式(6)，可得：

v_{o} (t) = v_{ESR} (t) + v_{C} (t)

= \{\begin{matrix} ESR \cdot [\frac{V_{in} - V_{o}}{L} t - \frac{V_{o} (1 - D)}{2 L f_{s}}] + V_{C} (0) + \frac{V_{in} - V_{o}}{2 LC} t^{2} - \frac{V_{o} (1 - D)}{2 LC f_{s}} t & 0 \leq t < D T_{s} \\ ESR \cdot [- \frac{V_{o}}{L} t + \frac{V_{o} (1 + D)}{2 L f_{s}}] + V_{C} (0) - \frac{V_{o}}{2 LC} t^{2} + \frac{V_{o} (1 + D)}{2 LC f_{s}} t - \frac{D V_{o}}{2 LC {f_{s}}^{2}} & D T_{s} \leq t < T_{s} \end{matrix}

(7)

= \{\begin{matrix} ESR \cdot [\frac{V_{in} - V_{o}}{L} t - \frac{V_{o} (1 - D)}{2 L f_{s}}] + [1 - \frac{(2 D - 1) (D - 1)}{12 LC {f_{s}}^{2}}] V_{o} + \frac{V_{in} - V_{o}}{2 LC} t^{2} - \frac{V_{o} (1 - D)}{2 LC f_{s}} t & 0 \leq t < D T_{s} \\ ESR \cdot [- \frac{V_{o}}{L} t + \frac{V_{o} (1 + D)}{2 L f_{s}}] + [1 - \frac{(2 D - 1) (D - 1)}{12 LC {f_{s}}^{2}}] V_{o} - \frac{V_{o}}{2 LC} t^{2} + \frac{V_{o} (1 + D)}{2 LC f_{s}} t - \frac{D V_{o}}{2 LC {f_{s}}^{2}} & D T_{s} \leq t < T_{s} \end{matrix}

根据式(7)的输出电压表达式，去除直流平均值V_o可得输出电压的交流分量

如下：

{\tilde{v}}_{o} (t) = v_{o} (t) - V_{o}

= \{\begin{matrix} ESR \cdot [\frac{V_{in} - V_{o}}{L} t - \frac{V_{o} (1 - D)}{2 L f_{s}}] - \frac{V_{o} (2 D - 1) (D - 1)}{12 LC {f_{s}}^{2}} + \frac{V_{in} - V_{o}}{2 LC} t^{2} - \frac{V_{o} (1 - D)}{2 LC f_{s}} t & 0 \leq t < D T_{s} \\ ESR \cdot [- \frac{V_{o}}{L} t + \frac{V_{o} (1 + D)}{2 L f_{s}}] - \frac{V_{o} (2 D - 1) (D - 1)}{12 LC {f_{s}}^{2}} - \frac{V_{o}}{2 LC} t^{2} + \frac{V_{o} (1 + D)}{2 L C f_{s}} t - \frac{D V_{o}}{2 LC {f_{s}}^{2}} & D T_{s} \leq t < T_{s} \end{matrix} - - - (8)

0时刻和DT_s/2时刻，输出电压的交流分量

分别为：

{\tilde{v}}_{o} (0) = - ESR \cdot \frac{V_{o} (1 - D)}{2 L f_{s}} - \frac{V_{o} (2 D - 1) (D - 1)}{12 LC {f_{s}}^{2}} - - - (9)

{\tilde{v}}_{o} (\frac{D T_{s}}{2}) = - \frac{(2 - D) (1 - D)}{24 LC {f_{s}}^{2}} V_{o} - - - (10)

根据式(9)和式(10)可得：

C = - \frac{V_{o} (2 - D) (1 - D)}{24 L {f_{s}}^{2} {\tilde{v}}_{o} (\frac{D T_{s}}{2})} = \frac{V_{o} (2 - D) (1 - D)}{24 L {f_{s}}^{2} [V_{o} - v_{o} (\frac{D T_{s}}{2})]} - - - (11)

ESR = \frac{2 L f_{s} [{\tilde{v}}_{o} (0) + \frac{2 (2 D - 1)}{(2 - D)} \cdot {\tilde{v}}_{o} (\frac{D T_{s}}{2})]}{V_{o} (D - 1)}

(12)

= \frac{2 L f_{s} {[v_{o} (0) - V_{o}] + \frac{2 (2 D - 1)}{(2 - D)} \cdot [v_{o} (\frac{D T_{s}}{2}) - V_{o}]}}{V_{o} (D - 1)}

式中，ESR为等效串联电阻的阻值，C为电容的容值，L为电感值，f_s为变换器开关频率，T_s为变换器开关周期，V_o为输出电压平均值，D为变换器的占空比，v_o(0)为PWM信号上升沿时刻对应的瞬时输出电压，

为PWM信号上升沿和下降沿之间的中点时刻对应的瞬时输出电压。

基于式(12)，可以得到CCM Buck变换器输出滤波电容ESR和C的监测方法。

2、本发明CCM降压变换器输出电容ESR和C的监测装置及方法

结合图2，本发明CCM降压变换器输出电容ESR和C的监测装置，包括Buck变换器主功率电路1、驱动电路3、显示单元8和信号处理模块，所述信号处理模块包括功率电路控制单元2、开关频率f_s计算单元4、占空比D计算单元5、输出电压触发采样单元6、电容ESR和C计算单元7；

所述Buck变换器主功率电路1包括输入电压源V_in、开关管Q_b、续流二极管D_b、滤波电感L、输出滤波电容和负载R_L，所述输出滤波电容包括等效串联电阻ESR和电容C，其中开关管Q_b的漏极与电压源V_in的正极连接，续流二极管D_b的阴极与开关管Q_b的漏极连接，续流二极管D_b的阳极与电压源V_in的负极连接，滤波电感L的一端与续流二极管D_b的阴极连接，滤波电感L的另一端分别与等效串联电阻ESR的一端及负载R_L的一端连接，等效串联电阻ESR的另一端与电容C的一端连接，电容C的另一端及负载R_L的另一端均与电压源V_in的负极连接，负载R_L两端为输出电压v_o；

所述功率电路控制单元2的输入端分别与Buck变换器主功率电路1的电压源V_in和输出电压v_o连接，功率电路控制单元2输出端的PWM信号分别接入开关频率f_s计算单元4和占空比D计算单元5，Buck变换器主功率电路1的输出电压V_o和功率电路控制单元2输出端的PWM信号均接入输出电压触发采样单元6，开关频率f_s计算单元4、占空比D计算单元5、输出电压触发采样单元6的输出端均接入电容ESR和C计算单元7，电容ESR和C计算单元7的输出端接入显示单元8；所述驱动电路3的输入端与功率电路控制单元2输出端的PWM信号连接，驱动电路3的输出端接入开关管Q_b的门极。所述信号处理模块为DSP芯片TMS320F28335；所述显示单元(8)为1602液晶显示屏。

基于本发明CCM降压变换器输出电容ESR和C的监测装置的监测方法，包括以下步骤：

步骤1，在信号处理模块中创建功率电路控制单元2、开关频率f_s计算单元4、占空比D计算单元5、输出电压触发采样单元6、电容ESR和电容量C计算单元7；

步骤2，信号处理模块的功率电路控制单元2采集Buck变换器主功率电路1的输出电压v_o和输入电压V_in，得到PWM信号并经驱动电路3驱动开关管Q；

步骤3，功率电路控制单元2输出的PWM信号送入开关频率f_s计算单元4和占空比D计算单元5，经开关频率f_s计算单元4处理得出变换器当前的开关频率f_s，经占空比D计算单元5处理得出变换器当前的占空比D；

步骤4，功率电路控制单元2输出的PWM信号和Buck变换器主功率电路1的输出电压v_o同时送入输出电压触发采样单元6，经输出电压触发采样单元6处理得到输出电压的瞬时值v_o(0)、v_o(DT_s/2)和输出电压的平均值V_o；

步骤5，将得到的开关频率f_s、占空比D、以及输出电压的瞬时值v_o(0)、v_o(DT_s/2)和输出电压的平均值V_o送入电容ESR和C计算单元7进行综合处理，根据公式(11)得到Buck变换器中输出滤波电容当前电容C的值，根据公式(12)得到Buck变换器中输出滤波电容当前等效串联电阻ESR的值；

步骤6，电容ESR和C计算单元7将所得的等效串联电阻ESR和电容C的值送入显示单元8实时显示。

本发明针对CCM Buck变换器的输出滤波电容，设计出一种高效稳定的输出滤波电容等效串联电阻ESR和电容C的在线监测装置及方法，该方法可以在不影响电路正常工作的情况下对电容的参数ESR和C进行监测，为电容和电源的寿命预测提供依据，并且无需电容电流检测部分，方便实现，具有重要的实际应用价值。

Claims

1.一种CCM降压变换器输出电容ESR和C的监测装置，其特征在于，包括Buck变换器主功率电路(1)、驱动电路(3)、显示单元(8)和信号处理模块，所述信号处理模块包括功率电路控制单元(2)、开关频率f_s计算单元(4)、占空比D计算单元(5)、输出电压触发采样单元(6)、电容ESR和C计算单元(7)；

所述Buck变换器主功率电路(1)包括输入电压源V_in、开关管Q_b、续流二极管D_b、滤波电感L、输出滤波电容和负载R_L，所述输出滤波电容包括等效串联电阻ESR和电容C，其中开关管Q_b的漏极与电压源V_in的正极连接，续流二极管D_b的阴极与开关管Q_b的漏极连接，续流二极管D_b的阳极与电压源V_in的负极连接，滤波电感L的一端与续流二极管D_b的阴极连接，滤波电感L的另一端分别与等效串联电阻ESR的一端及负载R_L的一端连接，等效串联电阻ESR的另一端与电容C的一端连接，电容C的另一端及负载R_L的另一端均与电压源V_in的负极连接，负载R_L两端为输出电压V_o；

所述功率电路控制单元(2)的输入端分别与Buck变换器主功率电路(1)的电压源V_in和输出电压V_o连接，功率电路控制单元(2)输出端的PWM信号分别接入开关频率f_s计算单元(4)和占空比D计算单元(5)，Buck变换器主功率电路(1)的输出电压V_o和功率电路控制单元(2)输出端的PWM信号均接入输出电压触发采样单元(6)，开关频率f_s计算单元(4)、占空比D计算单元(5)、输出电压触发采样单元(6)的输出端均接入电容ESR和C计算单元(7)，电容ESR和C计算单元(7)的输出端接入显示单元(8)；

所述驱动电路(3)的输入端与功率电路控制单元(2)输出端的PWM信号连接，驱动电路(3)的输出端接入开关管Q_b的门极。

2.根据权利要求1所述的CCM降压变换器输出电容ESR和C的监测装置，其特征在于，所述信号处理模块为DSP芯片TMS320F28335。

3.根据权利要求1所述的CCM降压变换器输出电容ESR和C的监测装置，其特征在于，所述显示单元(8)为1602液晶显示屏。

4.一种CCM降压变换器输出电容ESR和C的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，在信号处理模块中创建功率电路控制单元(2)、开关频率f_s计算单元(4)、占空比D计算单元(5)、输出电压触发采样单元(6)、电容ESR和电容量C计算单元(7)；

步骤2，信号处理模块的功率电路控制单元(2)采集Buck变换器主功率电路(1)的输出电压V_o和输入电压V_in，得到PWM信号并经驱动电路(3)驱动开关管Q；

步骤3，功率电路控制单元(2)输出的PWM信号送入开关频率f_s计算单元(4)和占空比D计算单元(5)，经开关频率f_s计算单元(4)处理得出变换器当前的开关频率f_s，经占空比D计算单元(5)处理得出变换器当前的占空比D；

步骤4，功率电路控制单元(2)输出的PWM信号和Buck变换器主功率电路(1)的输出电压v_o同时送入输出电压触发采样单元(6)，经输出电压触发采样单元(6)处理得到输出电压的瞬时值v_o(0)、v_o(DT_s/2)和输出电压的平均值V_o；

步骤5，将得到的开关频率f_s、占空比D、以及输出电压的瞬时值v_o(0)、v_o(DT_s/2)和输出电压的平均值V_o送入电容ESR和C计算单元(7)进行综合处理，得到Buck变换器中输出滤波电容当前等效串联电阻ESR和电容C的值；

步骤6，电容ESR和C计算单元(7)将所得的等效串联电阻ESR和电容C的值送入显示单元(8)实时显示。

5.根据权利要求4所述的CCM降压变换器输出电容ESR和C的监测方法，其特征在于，步骤5中所述ESR和C计算单元(7)综合处理的公式如下：

ESR = \frac{2 L f_{s} {[v_{o} (0) - V_{o}] + \frac{2 (2 D - 1)}{(2 - D)} \cdot [v_{o} (\frac{D T_{s}}{2}) - V_{o}]}}{V_{o} (D - 1)}

C = \frac{V_{o} (2 - D) (1 - D)}{24 L {f_{s}}^{2} [V_{o} - v_{o} (\frac{D T_{s}}{2})]}