CN105866554B

CN105866554B - 一种直流母线电容的容值检测设备、方法及装置

Info

Publication number: CN105866554B
Application number: CN201510025498.1A
Authority: CN
Inventors: 黄杰标
Original assignee: Vertiv Tech Co Ltd
Current assignee: Vertiv Tech Co Ltd
Priority date: 2015-01-19
Filing date: 2015-01-19
Publication date: 2019-04-02
Anticipated expiration: 2035-01-19
Also published as: CN105866554A

Abstract

本发明公开了一种直流母线电容的容值检测设备、方法及装置，能够实现直流母线电容容值的在线检测。该设备包括：电压检测电路，用于获取直流母线电容的指定频率的纹波电压；电流检测电路，用于获取直流母线电容的该指定频率的纹波电流；处理器，用于从该电压检测电路获取该纹波电压，从该电流检测电路获取该纹波电流，根据该纹波电压、该纹波电流和该指定频率，确定该直流母线电容的容值。

Description

一种直流母线电容的容值检测设备、方法及装置

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种直流母线电容的容值检测设备、方法及装置。

背景技术

目前的很多设备中都会设置直流母线电容用于稳定直流母线电压，例如开关电源设备。开关电源设备主要包括DC/DC转换开关电源设备、DC/AC转换开关电源设备、AC/DC转换开关电源设备，图1所示即为一种DC/DC转换开关电源设备，其中电容器件C1和C2即为直流母线电容。

由于制造工艺等原因，电容器件的容值会随着时间的推移而发生变化。若设备中用于稳压的直流母线电容的容值发生变化，则必然会影响到设备整体的性能及使用寿命，因此需要对设备中直流母线电容的容值进行定期检测。

现有技术中，多采用离线检测方案，即由操作人员定期将直流母线电容从设备中拆解下来，进行容值的检测，根据检测结果判断该直流母线电容是否需要更换。然而，在很多设备中直流母线电容并不能拆解下来，现有技术的离线检测方案并不适用。

发明内容

本发明实施例提供一种开关电源中直流母线电容的容值检测设备、方法及装置，能够实现直流母线电容容值的在线检测。

本发明实施例提供了一种开关电源中直流母线电容的容值检测设备，包括：

电压检测电路，用于获取直流母线电容的指定频率的纹波电压；

电流检测电路，用于获取直流母线电容的所述指定频率的纹波电流；

处理器，用于从所述电压检测电路获取所述纹波电压，从所述电流检测电路获取所述纹波电流，根据所述纹波电压、所述纹波电流和所述指定频率，确定所述直流母线电容的容值。

本发明实施例还提供了一种开关电源中直流母线电容的容值检测方法，包括：

获取直流母线电容的指定频率的纹波电压和所述指定频率的纹波电流；

根据所述纹波电压、所述纹波电流和所述指定频率，确定所述直流母线电容的容值。

本发明实施例还提供了一种直流母线电容的容值检测装置，包括：

获取单元，用于获取直流母线电容的指定频率的纹波电压和所述指定频率的纹波电流；

确定单元，用于根据所述纹波电压、所述纹波电流和所述指定频率，确定所述直流母线电容的容值。

本发明的有益效果包括：

本发明实施例提供的方案中，根据直流母线电容的指定频率的纹波电压、指定频率的纹波电流和该指定频率，便可以确定该直流母线电容的容值，直流母线电容不需要从设备中拆解下来，即实现了直流母线电容容值的在线检测。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为DC/DC转换开关电源设备的示意图；

图2为本发明实施例1提供的直流母线电容的容值检测设备的示意图；

图3为电容器件的内部模型；

图4为本发明实施例1提供的纹波生成电路的示意图之一；

图5为本发明实施例1提供的纹波生成电路的示意图之二；

图6为本发明实施例2提供的直流母线电容的容值检测方法的示意图；

图7为本发明实施例3提供的直流母线电容的容值检测装置的示意图。

具体实施方式

为了给出直流母线电容容值在线检测的实现方案，本发明实施例提供了一种直流母线电容的容值检测设备、方法及装置，结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

本发明实施例1提供了一种直流母线电容的容值检测设备，如图2所示，可以包括：

电压检测电路201，用于获取直流母线电容的指定频率的纹波电压；

电流检测电路202，用于获取直流母线电容的该指定频率的纹波电流；

处理器200，用于从电压检测电路201获取该纹波电压，从电流检测电路202获取该纹波电流，根据该纹波电压、该纹波电流和该指定频率，确定该直流母线电容的容值。

在开关电源设备等设备中存在开关管，如图1所示，而开关管导通、关断时在直流母线上会产生开关纹波，因此直流母线电容在稳压的过程中，必然有纹波电压和对应的纹波电流产生。本发明实施例1提供的直流母线电容的容值检测设备便是利用直流母线电容的纹波电压和纹波电流，计算得到直流母线电容的容值。

电压检测电路201获取直流母线电容的指定频率的纹波电压具体可以有多种实现方式，较佳的，可以采用本发明实施例提供的下述方式，较为准确，并且较为通用。

电压检测电路201具体可以检测直流母线电容两端的电压，对该电压进行处理得到直流电压分量和交流电压分量，对该交流电压分量进行傅里叶分解，便可以得到各个频率下的交流电压，即各个频率的纹波电压，从中获取指定频率的纹波电压用于后续直流母线电容的容值计算。

相应的，电流检测电路202获取直流母线电容的指定频率的纹波电流具体也可以有多种实现方式，较佳的，也可以采用本发明实施例提供的下述方式，较为准确，并且较为通用。

电流检测电路202具体可以利用电感器、霍尔HALL或者分流器等常用的电流检测器件检测流经直流母线电容的电流，对该电流进行处理得到直流电流分量和交流电流分量，对该交流电流分量进行傅里叶分解，便可以得到各个频率下的交流电流，即各个频率的纹波电流，从中获取指定频率的纹波电流用于后续直流母线电容的容值计算。

即电压检测电路201最终获取的纹波电压的频率和电流检测电路202最终获取的纹波电流的频率相同，均为指定频率。

需要说明的是，指定频率的具体选值没有特殊要求，只要基于相同频率的纹波电压和纹波电流就能实现直流母线电容的容值计算。

处理器200计算确定直流母线电容的容值具体可以有多种方式，在本发明的一个具体实施例中，可以基于下述原理进行计算：

图3所示为电容器件的内部简化模型，由于制造工艺等原因，电容器件中除了纯电容部分C，还包括杂散电感ESL和杂散电阻ESR。

电容器件的阻抗Z为：

ω＝2πf；

因此：

其中，Z_LC为电容器件的无功阻抗；

f为频率。

由于：

S_C＝I_{C_ac_rms}×U_{C_ac_rms}＝S_C×cos(θ)+i[S_C×sin(θ)]；

又由于：

S_C＝I_{C_ac_rms} ²×Z＝I_{C_ac_rms} ²×(ESR+iZ_LC)＝I_{C_ac_rms} ²×ESR+i(I_{C_ac_rms} ²×Z_LC)；

因此：

S_C×sin(θ)＝I_{C_ac_rms} ²×Z_LC；

其中，S_C为电容器件的视在功率；

I_{c_ac_rms}为电容器件的交流电流的有效值；

U_{c_ac_rms}为电容器件的交流电压的有效值；

θ为电容器件的交流电压和交流电流的相位差。

所以，在本发明的一个具体实施例中，处理器200在获取直流母线电容的指定频率的纹波电压、指定频率的纹波电流后，可以先根据该纹波电压和该纹波电流，确定该直流母线电容的无功阻抗；再根据该直流母线电容的无功阻抗和该指定频率，确定该直流母线电容的容值。

具体可以基于如下公式，确定该直流母线电容的无功阻抗Z_LC：

其中，S_C为该直流母线电容的指定频率的视在功率，可采用多种方式求得；

θ为该指定频率的纹波电压和该指定频率的纹波电流的相位差；

I_{c_ac_rms}为该直流母线电容的指定频率的纹波电流的有效值；

然后基于下述公式确定该直流母线电容的容值C：

其中，ESL为该直流母线电容的杂散电感的感值，可以参考厂家手册；

f为该指定频率。

采用上述方式确定出的容值C实质为直流母线电容中纯电容部分的容值，考虑到了直流母线电容中的杂散电感ESL等因素，确定的容值较为精确，在一些对精确度要求不高的场合，也可以忽略直流母线电容中的杂散电感ESL等因素。

例如，在本发明的另一个具体实施例中，可以基于下述公式直接确定该直流母线电容的容值C：

其中，U_{c_ac_rms}为该直流母线电容的指定频率的纹波电压的有效值；

f为该指定频率。

上述两种直流母线电容容值的具体确定方式仅为示例，在本发明的其它具体实施例中，还可以采用其它方式，本发明对此不做限定。

在一些设备中，直流母线电容可能不存在纹波，或者纹波非常小不易测量为了实现采用本发明实施例提供的容值检测设备实现直流母线电容的容值检测，较佳的，本发明实施例提供的容值检测设备还包括：

纹波生成电路，用于使直流母线电容存在纹波电压和纹波电流。

该纹波生成电路可以并联于该直流母线电容的两端，具体可以有多种实现形式。

例如图4所示，该纹波生成电路具体包括交流源AC。此时，该纹波生成电路实质为一个谐波注入源，向直流母线电容注入谐波，使直流母线电容产生纹波电压和纹波电流，后续便可以依据前述方案确定该直流母线电容的容值。

又例如图5所示，该纹波生成电路具体包括串联的放电电阻Rc1和开关管Tc1。此时，该纹波生成电路实质为一个放电电路，直流母线电容的电压进行扰动，使直流母线电容产生纹波电压和纹波电流，后续便可以依据前述方案确定该直流母线电容的容值。

若设备中原来已经存在其它开关管，例如图5中的开关管T1，为了避免该开关管T1和纹波生成电路中的开关管Tc1的驱动信号互相干扰，可以使开关管Tc1的开关频率错开开关管T1的开关频率，使二者的开关频率不同，可以保证容值检测的准确性。

可见，采用本发明实施例提供的容值检测设备，直流母线电容不需要从设备中拆解下来，便可以确定该直流母线电容的容值，实现了直流母线电容容值的在线检测。相比于现有技术的离线检测方案，适用场景更为广泛，效率更高。

实施例2：

相应的，本发明实施例2提供一种直流母线电容的容值检测方法，如图6所示，包括：

步骤601、获取直流母线电容的指定频率的纹波电压和该指定频率的纹波电流；

步骤602、根据该纹波电压、该纹波电流和该指定频率，确定该直流母线电容的容值。

较佳的，在本发明的另一个具体实施例中，步骤602根据该纹波电压、该纹波电流和该指定频率，确定该直流母线电容的容值，包括：

根据该纹波电压和该纹波电流，确定该直流母线电容的无功阻抗；根据该直流母线电容的无功阻抗和该指定频率，确定该直流母线电容的容值。

进一步的，具体基于如下公式，根据该纹波电压和该纹波电流，确定该直流母线电容的无功阻抗：

其中，Z_LC为该直流母线电容的无功阻抗；

S_C为该直流母线电容的指定频率的视在功率；

θ为该纹波电压和该纹波电流的相位差；

I_{c_ac_rms}为该纹波电流的有效值；

具体基于如下公式，根据该直流母线电容的无功阻抗和该指定频率，确定该直流母线电容的容值：

ω＝2πf；

其中，C为该直流母线电容的容值；

ESL为该直流母线电容的杂散电感的感值；

f为该指定频率。

实施例3：

基于同一发明构思，根据本发明上述实施例2提供的直流母线电容的容值检测方法，相应地，本发明实施例3还提供了一种直流母线电容的容值检测装置，其结构示意图如图7所示，具体包括：

获取单元701，用于获取直流母线电容的指定频率的纹波电压和该指定频率的纹波电流；

确定单元702，用于根据该纹波电压、该纹波电流和该指定频率，确定该直流母线电容的容值。

较佳的，确定单元702，具体用于根据该纹波电压和该纹波电流，确定该直流母线电容的无功阻抗；根据该直流母线电容的无功阻抗和该指定频率，确定该直流母线电容的容值。

进一步的，确定单元702，具体基于如下公式，根据该纹波电压和该纹波电流，确定该直流母线电容的无功阻抗：

其中，Z_LC为该直流母线电容的无功阻抗；

S_C为该直流母线电容的指定频率的视在功率；

θ为该纹波电压和该纹波电流的相位差；

I_{c_ac_rms}为该纹波电流的有效值；

确定单元702，具体基于如下公式，根据该直流母线电容的无功阻抗和该指定频率，确定该直流母线电容的容值：

ω＝2πf；

其中，C为该直流母线电容的容值；

ESL为该直流母线电容的杂散电感的感值；

f为该指定频率。

综上所述，采用本发明实施例提供的容值检测方案，实现了直流母线电容容值的在线检测。

本申请的实施例所提供的容值检测装置可通过计算机程序实现。本领域技术人员应该能够理解，上述的单元划分方式仅是众多单元划分方式中的一种，如果划分为其他单元或不划分单元，只要容值检测装置具有上述功能，都应该在本申请的保护范围之内。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种直流母线电容的容值检测设备，其特征在于，包括：

处理器，用于从所述电压检测电路获取所述纹波电压，从所述电流检测电路获取所述纹波电流，根据所述纹波电压、所述纹波电流和所述指定频率，确定所述直流母线电容的容值；

其中，所述处理器，具体用于根据所述纹波电压和所述纹波电流，确定所述直流母线电容的无功阻抗；根据所述直流母线电容的无功阻抗和所述指定频率，确定所述直流母线电容的容值；

所述处理器，具体基于如下公式，根据所述纹波电压和所述纹波电流，确定所述直流母线电容的无功阻抗：

其中，Z_LC为所述直流母线电容的无功阻抗；

S_C为所述直流母线电容的指定频率的视在功率；

θ为所述纹波电压和所述纹波电流的相位差；

I_{c_ac_rms}为所述纹波电流的有效值；

具体基于如下公式，根据所述直流母线电容的无功阻抗和所述指定频率，确定所述直流母线电容的容值：

ω＝2πf；

其中，C为所述直流母线电容的容值；

ESL为所述直流母线电容的杂散电感的感值；

f为所述指定频率。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括：

纹波生成电路，用于使所述直流母线电容存在纹波电压和纹波电流。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述纹波生成电路并联于所述直流母线电容的两端，具体包括交流源，或者

串联的放电电阻和开关管。

4.一种直流母线电容的容值检测方法，其特征在于，包括：

根据所述纹波电压、所述纹波电流和所述指定频率，确定所述直流母线电容的容值；

其中，根据所述纹波电压、所述纹波电流和所述指定频率，确定所述直流母线电容的容值，包括：

根据所述纹波电压和所述纹波电流，确定所述直流母线电容的无功阻抗；

根据所述直流母线电容的无功阻抗和所述指定频率，确定所述直流母线电容的容值；

具体基于如下公式，根据所述纹波电压和所述纹波电流，确定所述直流母线电容的无功阻抗：

其中，Z_LC为所述直流母线电容的无功阻抗；

S_C为所述直流母线电容的指定频率的视在功率；

θ为所述纹波电压和所述纹波电流的相位差；

I_{c_ac_rms}为所述纹波电流的有效值；

ω＝2πf；

其中，C为所述直流母线电容的容值；

ESL为所述直流母线电容的杂散电感的感值；

f为所述指定频率。

5.一种直流母线电容的容值检测装置，其特征在于，包括：

确定单元，用于根据所述纹波电压、所述纹波电流和所述指定频率，确定所述直流母线电容的容值；

其中，所述确定单元，具体用于根据所述纹波电压和所述纹波电流，确定所述直流母线电容的无功阻抗；根据所述直流母线电容的无功阻抗和所述指定频率，确定所述直流母线电容的容值；

所述确定单元，具体基于如下公式，根据所述纹波电压和所述纹波电流，确定所述直流母线电容的无功阻抗：

其中，Z_LC为所述直流母线电容的无功阻抗；

S_C为所述直流母线电容的指定频率的视在功率；

θ为所述纹波电压和所述纹波电流的相位差；

I_{c_ac_rms}为所述纹波电流的有效值；

所述确定单元，具体基于如下公式，根据所述直流母线电容的无功阻抗和所述指定频率，确定所述直流母线电容的容值：

ω＝2πf；

其中，C为所述直流母线电容的容值；

ESL为所述直流母线电容的杂散电感的感值；

f为所述指定频率。