CN108241093A - 开关电源滤波电容的测量装置及数据处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种开关电源滤波电容的测量装置及数据处理方法。上述开关电源滤波电容的测量装置，包括：测量模块和控制模块；测量模块，用于采集开关电源模块的输出电压，并将输出电压转换为测量数字信号；控制模块，用于控制开关电源模块保持输出周期为T的输出电压，并控制测量模块以T/2为采样周期同步采集输出电压；控制模块还用于同步接收、存储测量数字信号，并根据测量数字信号确定开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量。只需对输出电压进行采集、监测，即可实现对滤波电容的ESR和/或电容容量的测量，无需改变开关电源集成电路结构，大大方便了测试。
Description
技术领域
本发明涉及电源测试领域，特别是涉及一种开关电源滤波电容的测量装置及数据处理方法。
背景技术
开关电源模块在家用电器、仪器仪表、消费电子等产品中有着广泛的应用。开关电源模块的可靠性直接关系到整个电路的正常工作，因此对其开展状态监测具有重要的意义。其中，其滤波电容是整个开关电源模块中发生故障概率最高的部分。超过60％的开关电源模块的故障都是由于滤波电容的失效导致的。滤波电容经过长时间的老化，其中电解液会减少，从而导致滤波电容的电容容量值C减小和ESR(Equivalent Series Resistance，ESR)增加。所以通过对开关电源模块中的电容滤波电容的ESR和/或电容容量的测量，可以有效实现对开关电源模块的监测。
目前，针对ESR和/或电容容量的测量和计算的方法主要有两种：一类是离线方式进行，在离线状态下将滤波电容取下进行测量，该测量方式测量结果准确，但是由于该方法使用中存在不便，且无法实现在线监测；另一类是采用在线监测的方法，在开关电源模块中增加电压和电流传感器，利用ESR、C与监测量的关系实现ESR、C的评估。由于第二类方法能够集成到电路设计中，使用方便，因而在线监测方法成为当前研究热点。
传统技术中提供一种利用电流传感器和电压传感器对滤波电容ESR进行实时估测的方法。该方法在电感上串联一个电流传感器，在输出端并联一个电压传感器，测定流过电感的电流和输出电压。由于输出纹波电压与电感纹波电流的比值为ESR的评估值，因此采用经验模态分解(EMD)和希尔伯特黄变换(HHT)由电感电流和输出纹波计算ESR和/或电容容量。
但发明人在实施过程中，发现传统技术至少具有以下缺点：传统技术需要测量电感电流和输出纹波两个信号，这需要对电路增加两个传感器，且由于电流传感器需要串联入电路中，会改变电路结构，测量不方便。
发明内容
基于此，有必要针对测量不方便的问题，提供一种开关电源滤波电容的测量装置及数据处理方法。
一方面，本发明实施例提供了一种开关电源滤波电容的测量装置，包括：测量模块和控制模块；
测量模块，用于采集开关电源模块的输出电压，并将输出电压转换为测量数字信号；
控制模块，用于控制开关电源模块保持输出周期为T的输出电压，并控制测量模块以T/2为采样周期同步采集输出电压；控制模块还用于同步接收、存储测量数字信号，并根据测量数字信号确定开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量。
在其中一个实施例中，控制模块包括第一控制模块和第二控制模块；
第一控制模块用于发送周期为T的控制信号来控制开关电源模块中的开关的闭合和断开，使得开关电源模块保持输出周期为T的输出电压；
第二控制模块用于接收第一控制模块发送的控制信号，并根据控制信号控制测量模块以T/2为采样周期同步采集输出电压；第二控制模块还用于同步接收、存储测量数字信号，并根据测量数字信号、开关的闭合时间、周期T以及输出电压的均值确定开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量。
在其中一个实施例中，测量模块包括积分电路和模数转换电路；
积分电路的输入端接开关电源模块的输出端，积分电路的输出端接模数转换电路的输入端；
模数转换电路的输出端接第二控制模块的输入端。
在其中一个实施例中，测量模块还包括电压跟随电路；
电压跟随电路的输入端接开关电源模块的输出端，电压跟随电路的输出端接积分电路的输入端。
在其中一个实施例中，测量模块还包括隔离放大电路；
隔离放大电路的输入端接开关电源模块的输出端；隔离放大电路的输出端接电压跟随电路。
另一方面，本发明实施例还提供一种数据处理方法，应用于上述的开关电源滤波电容的测量装置，该方法包括：
控制模块控制开关电源模块保持输出周期为T的输出电压；
控制模块控制测量模块以T/2为采样周期同步采集输出电压，使测量模块将输出电压转换为测量数字信号；
控制模块同步接收、存储测量数字信号，并根据测量数字信号确定开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量。
在其中一个实施例中，控制模块包括第一控制模块和第二控制模块；
控制模块控制开关电源模块保持输出周期为T的输出电压的步骤包括：
第一控制模块发送周期为T的控制信号来控制开关电源模块中的开关的闭合和断开，使得开关电源模块保持输出周期为T的输出电压；
控制模块控制测量模块以T/2为采样周期同步采集输出电压，使测量模块将输出电压转换为测量数字信号的步骤包括：
第二控制模块接收第一控制模块发送的控制信号，并根据控制信号控制测量模块以T/2为采样周期同步采集输出电压；
控制模块同步接收、存储测量数字信号，并根据测量数字信号确定开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量的步骤包括：
第二控制模块同步接收、存储测量数字信号，并根据测量数字信号、开关的闭合时间、周期T以及输出电压的均值确定开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量。
在其中一个实施例中，测量模块包括积分电路和模数转换电路；积分电路的输入端接开关电源模块的输出端，积分电路的输出端接模数转换电路的输入端；模数转换电路的输出端接第一控制模块的输入端；
测量数字信号包括第一积分电压和第二积分电压；
第二控制模块接收第一控制模块发送的控制信号，并根据控制信号控制测量模块以T/2为采样周期同步采集输出电压的步骤包括：
第二控制模块接收第一控制模块发送的控制信号，并根据控制信号同步控制模数转换电路在t0～t0+T/2时间内对经过积分电路积分的输出电压进行采样得到第一积分电压，控制模数转换电路在t0+T/2～t0+T时间内对经过积分电路积分的输出电压进行采样得到第二积分电压；
第二控制模块同步接收、存储测量数字信号，并根据测量数字信号、开关的闭合时间、周期T以及输出电压的均值确定开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量的步骤包括：
第二控制模块同步接收、存储第一积分电压和第二积分电压，并根据第一积分电压、第二积分电压、开关的闭合时间、周期T以及输出电压的均值确定开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量。
在其中一个实施例中，第二控制模块同步接收、存储测量数字信号，并根据测量数字信号、开关的闭合时间、周期T以及输出电压的均值确定开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量的步骤包括：
第二控制模块同步接收、存储时间T内的测量数字信号，并对t0～t0+T/2时间内的测量数字信号进行累加获得第一积分值，对t0+T/2～t0+T时间内的测量数字信号进行累加获得第二积分值；
根据第一积分值和第二积分值、开关的闭合时间、周期T以及输出电压的均值确定开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机可读指令，计算机可读指令被处理器执行时，使得处理器执行如权利要求6-9中任一项的数据处理方法的步骤。
上述实施例至少具有以下优点：本发明实施例提供的一种开关电源滤波电容的测量装置及方法，上述开关电源模块的滤波电容的ESR测量装置包括测量模块和控制模块，测量模块采集开关电源模块的输出电压，并将输出电压转换为测量数字信号；控制模块控制开关电源模块保持输出周期为T的输出电压，并控制测量模块以T/2为采样周期同步采集输出电压；控制模块同步接收、存储测量数字信号，并根据测量数字信号确定开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量。本实施例提供的技术方案，无需在开关电源模块中串联电流传感器，即可实现对ESR的测量，无需改变电源集成电路结构，大大方便了测试。
附图说明
图1为本发明开关电源滤波电容的测量装置实施例的第一结构示意图；
图2为本发明开关电源滤波电容的测量装置实施例的第二结构示意图；
图3为本发明开关电源滤波电容的测量装置实施例的第三结构示意图；
图4为本发明开关电源滤波电容的测量装置实施例的第四结构示意图；
图5为本发明开关电源滤波电容的测量装置实施例的第五结构示意图；
图6为本发明开关电源滤波电容的测量装置实施例的第六结构示意图；
图7为本发明数据处理方法实施例的第一流程示意图；
图8为本发明数据处理方法实施例的第二流程示意图；
图9为本发明数据处理方法实施例的第三流程示意图；
图10为本发明数据处理方法实施例的第四流程示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明实施例提供一种开关电源滤波电容的测量装置，如图1所示，包括：测量模块110和控制模块120；
测量模块110，用于采集开关电源模块的输出电压，并将输出电压转换为测量数字信号；
控制模块120，用于控制开关电源模块保持输出周期为T的输出电压，并控制测量模块110以T/2为采样周期同步采集输出电压；控制模块120还用于同步接收、存储测量数字信号，并根据测量数字信号确定开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量。
其中，测量数字信号用于供控制模块120计算ESR。C是指开关电源的滤波电容的电容容量，ESR(Equivalent Series Resistance，等效串联电阻)是指开关电源的滤波电容的等效串联电阻；同步是指控制模块120在输出电压的完整周期的起始时间点开始，控制测量模块110以T/2为采样周期同步采集输出电压，且控制模块120接收、存储输出电压一个完整周期对应的测量数字信号，以实现输出电压的输出、测量模块110采样和控制模块120控制实现时钟同步，以提高测量精度。输出电压上有纹波，通过对输出电压中的纹波信号的测量，可以实现对滤波电容的ESR和/或电容容量的测量。
具体的，控制模块120分别接开关电源模块和测量模块110，控制模块120控制开关电源模块保持输出周期为T的输出电压，使得测量模块110以T/2为采样周期对周期T的输出电压进行同步采样；测量模块110一端与开关电源模块的输出电压输出端电连接，另一端与控制模块120电连接，测量模块110通过连接线采集输出电压，并将输出电压转换为测量数字信号，即将模拟量输出为数字量输出至控制模块120，控制模块120接收、存储完整周期T的输出电压对应的T时间内的测量数字信号，并对该测量数字信号进行计算得到ESR和/或电容容量。
在其中一个实施例中，如图2所示，控制模块120包括第一控制模块121和第二控制模块122；
第一控制模块121用于发送周期为T的控制信号来控制开关电源模块中的开关的闭合和断开，使得开关电源模块保持输出周期为T的输出电压；
第二控制模块122用于接收第一控制模块121发送的控制信号，并根据控制信号控制测量模块110以T/2为采样周期同步采集输出电压；第二控制模块122还用于同步接收、存储测量数字信号，并根据测量数字信号、开关的闭合时间、周期T以及输出电压的均值确定开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量。
其中，控制信号可以用于控制开关电源模块中的开关的状态，使开关在T时间内处于闭合或断开状态，即控制开关电源模块的电路，使得输出电压产生纹波。第一控制模块121分别连接第二控制模块122和开关电源模块，第二控制模块122连接测量模块110。
具体的，第一控制模块121发送周期为T的控制信号控制开关的闭合和断开，输出周期为T的输出电压，第二控制模块122接收第一控制模块121发送的控制信号，根据控制信号控制测量模块110以T/2为采样周期同步采集输出电压，测量模块110对采集的输出电压进行转换，生成测量数字信号发送至第二控制模块122，第二控制模块122对时间T内的测量数字信号进行处理、计算，得到滤波电容的ESR和/或电容容量。可选的，控制信号可以是方波控制信号或三角波控制信号等。
在其中一个实施例中，控制信号为方波控制信号，第一控制模块121用于发送周期为T的方波控制信号来控制开关电源模块中的开关的闭合和断开，使得开关电源模块保持输出周期为T的输出电压；
第二控制模块122用于接收第一控制模块121发送的方波控制信号，并根据方波控制信号控制测量模块110以T/2为采样周期同步采集输出电压；第二控制模块122还用于同步接收、存储测量数字信号，并根据测量数字信号、开关的闭合时间、周期T以及输出电压的均值确定开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量。
其中，开关的闭合时间可以由第二控制模块122接收控制信号后，根据控制信号计算得到，也可以是第二控制模块122接收到控制信号后发送给第三方服务器，由第三方服务器处理后返回开关的闭合时间至第二控制模块122；同理，输出电压的均值可以由第二控制模块122根据接收到的测量数字信号计算得到，也可以由第二控制模块122将测量数字信号发送给第三方服务器计算后得到的；方波控制信号用于控制开关电源模块的开关的通断，改变开关电源模块的电流通路结构，以实现输出周期为T的输出电压且使输出电压产生纹波，开关的不同状态下输出电压输出为正常输出值或开关断开时对应的输出值。例如，可以是当所述方波控制信号为高电平时，开关闭合，开关电源模块正常工作，输出电压为开关电源模块正常工作时的输出电压，当方波控制信号为低电平时，开关断开，开关电源模块输出电压的值为滤波电容、电感等放电电压值。可选的，可以是当所述方波控制信号为高电平时，开关断开，输出电压的值为滤波电容、电感等放电电压值，当方波控制信号为低电平时，开关闭合，输出电压为开关电源模块正常工作时的输出电压。另一方面，方波控制信号用于为第二控制模块122提供工作起始时间点，可选的，当第二控制模块122检测到方波控制信号的上升沿时，第二控制模块122开始控制测量模块110以T/2为采样周期采集、转换输出电压，第二控制模块122同时开始接收测量模块110转换输出的T时间内的测量数字信号。
具体的，第一控制模块121提供周期为T的方波控制信号，开关电源模块接收到方波控制信号，对应输出相应的输出电压，同时，第一控制模块121发送方波控制信号至第二控制模块122；第二控制模块122检测到方波控制信号的上升沿开始进行工作，即接收测量模块110的输出，第二控制模块122同时控制测量模块110以T/2为采样周期采集输出电压，并将模拟量的输出电压转换为测量数字信号，第二控制模块122同步接收、存储T时间内的测量数字信号，并对测量数字信号进行计算，确定ESR和/或电容容量。需要说明的是，控制信号除了可以是方波控制信号，还可以是其他类型的控制信号，例如三角波控制信号等，一切可以控制开关通断的控制信号均属于本发明的保护范围。
本实施例中，采用控制信号周期的一半作为测量模块110的采样周期，保证每次采样间隔一致，保证测量时间的精准度，从而提高计算测量精度。且通过第一控制模块121发送方波控制信号至开关电源模块和第二控制模块122，可以实现输出电压输出、测量模块110采样、第二控制模块122接收测量数字信号的时钟同步，进一步提高测量的精准度。
可选的，如图3所示，开关电源模块可以是Buck型开关电源模块。例如，Buck型开关电源模块可以包括开关K1，二极管D1，电感L1，滤波电容C1和输入电源Vin，其中输入电源Vin正极接开关K1，开关K1另一端分别接电感L1和二极管D1阴极，二极管D1阳极接输入电源Vin负极，电感L1的另一端接滤波电容C1，滤波电容C1的另一端接输入电源Vin；第一控制模块121接开关K1，用于为开关K1提供方波控制信号。可选的，开关K1可以是P沟道增强型MOS管，第一控制模块121发送周期为T的方波控制信号至开关K1；当方波控制信号为高电平时，开关K1截止，开关电源模块停止工作，当方波控制信号为低电平时，开关K1导通，电流通路发生变化，开关电源模块正常工作，即方波控制信号的高低电平变换可以实现对开关电源模块的输出电压的控制，随着电流通路的变化，会在输出电压上产生纹波，该纹波会对后续电路产生影响。在滤波电容C1和C1的等效串联电阻R1构成的串联分支的两端并联固定负载R2，电源的输出纹波信号与滤波电容C1的电容容量和R1相关。因此对电源的输出纹波信号进行监测，可以计算出滤波电容C1的电容容量和R1。第一控制模块121对Buck型开关电源模块进行控制的同时，同步控制第二控制模块122，使第二控制模块122在检测到方波控制信号的上升沿时控制测量模块110以T/2为采样周期采集输出电压，并接收测量模块110转换的测量数字信号，并对测量数字信号进行计算，确定等效串联电阻R1和电容电容容量。需要说明的是，此处举例只是为了更好的说明本发明实施例，并不对本实施例的保护范围造成限制，例如，开关K1可以是MOS管或晶体管等，控制信号可以是方波控制信号或其他类型的控制信号，Buck型开关电源电路可以是其他元器件组成的结构。此外，Buck型开关电源的输出电压的纹波信号U(t)可以表示为：
其中，D为开关K1开启时间占周期T的比例，U0为输出电压均值，fs为控制信号的频率(fs＝1/T)，L为开关电源模块的电感值。
可选的，当开关电源模块为Buck型开关电源模块时，第二控制模块122可以根据以下计算公式确定滤波电容的等效串联电阻ESR的值和电容容量C：
当D>0.5时，即开关闭合时长大于T/2，第二控制模块122对电源的输出电压纹波U(t)在[0，T/2]和[T/2，T]区间内分别积分得到第一积分电压M(0)和第二积分电压M(1)，其表达式为：
由以上公式可以得出滤波电容的电容容量C和等效串联电阻Resr为：
第二控制模块122将接收到的M(0)和M(1)代入上式，可以计算得出电容容量C和等效串联电阻Resr。其中，D为开关K1开启时间占周期T的比例，U0为电源的输出电压均值，fs为控制信号的频率(fs＝1/T)，L为开关电源模块的电感值。
当D<0.5时，即开关闭合时长小于T/2，此时对U(t)在[0，T/2]和[T/2，T]区间内分别积分，其表达式为：
由以上公式可以得出滤波电容的电容容量C和等效串联电阻Resr为：
第二控制模块122将接收到的M(0)和M(1)代入上式，可以计算得出电容容量C和等效串联电阻Resr。其中，D为电子开关K1开启时间占周期T的比例，U0为电源的输出电压均值，fs为控制信号的频率(fs＝1/T)，L为开关电源模块的电感值。需要说明的是，这里开关K1并不限定于上述实施例中所指的开关K1，在此只是为了更好的说明实施例中的方案，也可以是其他Buck型开关电源模块中的开关。
在其中一个实施例中，如图4所示，测量模块110包括积分电路111和模数转换电路112；
积分电路111的输入端接开关电源模块的输出端，积分电路111的输出端接模数转换电路112的输入端；
模数转换电路112的输出端接第二控制模块121的输入端。
具体的，开关电源模块的输出电压输出至积分电路111，积分电路111对输出电压进行积分运算，并将积分后的输出电压输出至模数转换电路112，经模数转换电路112转换输出测量数字信号至第二控制模块122，第二控制模块122根据测量数字信号确定滤波电容的ESR和/或电容容量。可选的，第一控制模块121控制开关电源模块输出周期为T的输出电压至积分电路111，第二控制模块122根据接收到的第一控制模块121发送的控制信号控制模数转换电路112在t0～t0+T/2时间内对积分电路111的输出进行采样，得到第一积分电压，控制模数转换电路112在t0+T/2～t0+T时间内对积分电路111的输出进行采样，得到第二积分电压，第二控制模块122接收t0～t0+T时间内的第一积分电压和第二积分电压，并根据第一积分电压和第二积分电压确定ESR和/或电容容量。本实施例采用积分电路111可以实现对输出电压的累积和滤波，从而提高了抗噪能力，从而提高了ESR和/或电容容量的测量准确度。
可选的，如图5所示，积分电路111可以是由RC滤波器构成的积分电路111，还可以是由电容、开关、放大器等构成的积分电路111，也可以是其他类型的积分电路111。例如，积分电路111可以包括第一开关S1，第二开关S2，第三开关S3，第四开关S4，第一放大器Ap2，第二放大器Ap3，第一电容C2，第二电容C3，第一电阻R2和第二电阻R3；其中，第一开关S1一端接开关电源模块的输出端，另一端分别接第一放大器Ap2的第一输入端和第一电容C2，第一放大器Ap2的第二输入端接第一电阻R2，第一放大器Ap2的输出端分别接第一电容C2的另一端和第二开关S2，第二开关S2的另一端接模数转换模块的输入端；第三开关S3的一端接开关电源模块的输出端，另一端分别接第二电容C3和第二放大器Ap3的第一输入端，第二放大器Ap3的第二输入端接第二电阻R3，第二放大器Ap3的输出端分别接第二电容C3的另一端和第四开关S4，第四开关S4的另一端接模数转换模块的输入端；第二控制模块122分别控制第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4，第二控制模块122接收第一控制模块121发送的周期为T的方波控制信号，当第二控制模块122检测到方波控制信号的上升沿时，第二控制模块122开始控制积分电路111中的开关，第二控制模块122控制第一开关S1闭合，此时，在由第一放大器Ap2和第一电容C2构成的积分电路111上完成积分操作；经过T/2时间后，第二控制模块122控制第一开关S1关闭，并打开第二开关S2和第三开关S3，此时，在第二放大器Ap3和第二电容C3构成的积分电路111上进行积分。模数转换电路112对Ap2输出端电压进行采样，得到第一积分电压M(0)，第二控制模块122接收并存储第一积分电压M(0)；再次经过T/2时间后，第二控制模块122控制第二开关S2和第三开关S3断开，同时控制第四开关S4闭合；模数转换电路112对第一放大器Ap2的输出端的输出电压进行采样，得到第二积分电压M(1)，第二控制模块122接收并存储第二积分电压M(1)；第二控制模块122根据第一积分电压M(0)和第二积分电压M(1)计算得到滤波电容的ESR和/或电容容量。
在其中一个实施例中，如图4所示，测量模块110还包括电压跟随电路113；
电压跟随电路113的输入端接开关电源模块的输出端，电压跟随电路113的输出端接积分电路111的输入端。
具体的，电压跟随电路113接收开关电源模块输出的周期为T的输出电压，并对该输出电压进行等倍放大，实现输出电压信号的保持，并将等倍放大后的输出电压传输至积分电路111，积分电路111对等倍放大后的输出电压进行积分运算。积分电路111执行的功能步骤与上述实施例中相同，在此不做赘述。本实施例中采用电压跟随电路113可以提高对后级电路的驱动能力，以保证测量模块110的正常工作。
在其中一个实施例中，如图4所示，测量模块110还包括隔离放大电路114；
隔离放大电路114的输入端接开关电源模块的输出端；隔离放大电路114的输出端接电压跟随电路113。
其中，隔离放大电路114用于对隔离对电源模块的输出输出电压中的直流信号，并将隔离后得到的交流信号进行放大得到交流输出电压。
具体的，隔离电压跟随电路113输入端接收开关电源模块输出的输出电压，并对输出电压进行隔离放大，并将隔离放大后生成的交流输出电压输出至电压跟随电路113；电压跟随电路113输入端接收交流输出电压，并对交流输出电压进行等倍放大后输出至模数转换电路112；模数转换电路112对积分后的交流输出电压进行模数转换得到测量数字信号，测量数字信号为第二控制模块122可识别的数字量信号，第二控制模块122输入端接模数转换电路112的输出端，接收测量数字信号，并对测量数字信号进行运算，确定滤波电容的ESR和/或电容容量。本实施例中采用隔离电压跟随电路113可以实现对直流信号的隔离和保持，利于提高测量精度。可选的，如图5、图6所示，隔离放大电路114可以包括变压器；变压器的一次侧接开关电源模块的输出端，变压器的二次侧接电压跟随电路113的输入端。
可选的，如图6所示，测量模块110可以只包括依次串接的隔离放大电路114、电压跟随电路113和模数转换电路112，且隔离放大电路114输入端接开关电源模块的输出端，模数转换电路112的输出端接第二控制模块122的输入端。
另一方面，本发明实施例还提供一种数据处理方法，如图7所示，应用于上述的开关电源滤波电容的测量装置，该方法包括：
S10：控制模块120控制开关电源模块保持输出周期为T的输出电压；
S20：控制模块120控制测量模块110以T/2为采样周期同步采集输出电压，使测量模块110将输出电压转换为测量数字信号；
S30：控制模块120同步接收、存储测量数字信号，并根据测量数字信号确定开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量。
其中，测量数字信号、同步、ESR和/或电容容量的释义与上述开关电源滤波电容的测量装置实施例中相同，在此不做赘述。具体的，控制模块120控制开关电源模块输出周期为T的输出电压，并在输出电压周期的开始时，控制测量模块110以T/2为采样周期同步采集输出电压，使测量模块110将输出电压转换为测量数字信号，为控制模块120提供计算依据，控制模块120同步接收、存储完整周期T对应的T时间内的测量数字信号，并对测量数字信号进行处理得到ESR和/或电容容量。本实施例通过对输出电压的采集以及输出电压纹波与滤波电容的等效串联电阻和电容容量之间的关系，仅需要采集开关电源模块的输出电压即可实现对滤波电容的测量，方便测试。且采用控制模块120同步控制开关电源模块和测量模块110，可以实现开关电源模块的输出电压、测量模块110采集和控制模块120工作时钟一致，从而实现同节拍测量，而且通过控制测量模块110以T/2为采样周期对输出电压进行采集，使得测量模块110每次采样间隔一致，保持均匀采样，从而提高测量精准度。
在其中一个实施例中，如图8所示，控制模块120包括第一控制模块121和第二控制模块122；
控制模块120控制开关电源模块保持输出周期为T的输出电压的步骤包括：
S110：第一控制模块121发送周期为T的控制信号来控制开关电源模块中的开关的闭合和断开，使得开关电源模块保持输出周期为T的输出电压；
控制模块120控制测量模块110以T/2为采样周期同步采集输出电压，使测量模块110将输出电压转换为测量数字信号的步骤包括：
S210：第二控制模块122接收第一控制模块121发送的控制信号，并根据控制信号控制测量模块110以T/2为采样周期同步采集输出电压；
控制模块120同步接收、存储测量数字信号，并根据测量数字信号确定开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量的步骤包括：
S310：第二控制模块122同步接收、存储测量数字信号，并根据测量数字信号、开关的闭合时间、周期T以及输出电压的均值确定开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量。
其中，同步、开关的闭合时间、输出电压的均值等的解释均与上述开关电源滤波电容的测量装置实施例相同，在此不做赘述。具体的，第一控制模块121向开关电源模块发送周期为T的控制信号，以实现对开关的通断控制，使开关电源模块输出周期为T的输出电压，输出电压产生纹波，第一控制模块121同时向第二控制模块122发送控制信号，使第二控制模块122控制测量模块110从输出电压完整周期的起始点开始以T/2为采样周期，采集输出电压，并对输出电压进行转换生成测量数字信号，第二控制模块122同步接收、存储完整周期T时间内的输出电压对应的该测量数字信号，并根据该测量数字信号、开关的闭合时间、周期T以及输出电压的均值确定ESR和/或电容容量。
在其中一个实施例中，如图9所示，测量模块110包括积分电路111和模数转换电路112；积分电路111的输入端接开关电源模块的输出端，积分电路111的输出端接模数转换电路112的输入端；模数转换电路112的输出端接第一控制模块121的输入端；
测量数字信号包括第一积分电压和第二积分电压；
第二控制模块122接收第一控制模块121发送的控制信号，并根据控制信号控制测量模块110以T/2为采样周期同步采集输出电压的步骤包括：
S211：第二控制模块122接收第一控制模块121发送的控制信号，并根据控制信号同步控制模数转换电路112在t0～t0+T/2时间内对经过积分电路111积分的输出电压进行采样得到第一积分电压，控制模数转换电路112在t0+T/2～t0+T时间内对经过积分电路111积分的输出电压进行采样得到第二积分电压；
第二控制模块122同步接收、存储测量数字信号，并根据测量数字信号、开关的闭合时间、周期T以及输出电压的均值确定开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量的步骤包括：
S311：第二控制模块122同步接收、存储第一积分电压和第二积分电压，并根据第一积分电压、第二积分电压、开关的闭合时间、周期T以及输出电压的均值确定开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量。
其中，积分电路111、控制信号等的释义与上述装置实施例中相同，且开关的闭合时间、输出电压的均值均等的获取方式与上述装置实施例中相同，在此不做赘述。t0是指完整的输出电压的起始时间点，即控制测量模块110进行采样的时间起始点。具体的，第一控制模块121发送周期为T的控制信号给开关电源模块，使开关电源模块输出周期为T的输出电压至测量模块110，第二控制模块122根据控制信号同步控制测量模块110中的模数转换电路112在t0～t0+T/2时间内对经过积分电路111积分的输出电压进行采样得到第一积分电压，控制模数转换电路112在t0+T/2～t0+T时间内对经过积分电路111积分的输出电压进行采样得到第二积分电压，第二控制模块122同步接收、存储第一积分电压和第二积分电压，并根据第一积分电压、第二积分电压、开关的闭合时间、周期T以及输出电压的均值确定开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量。
可选的，测量模块110还包括电压跟随电路113，电压跟随电路113的输入端接开关电源模块的输出端，电压跟随电路113的输出端接积分电路111的输入端；
测量数字信号包括第三积分电压和第四积分电压；
根据控制信号控制测量模块110以T/2为采样周期同步采集输出电压的步骤包括：
根据控制信号同步控制模数转换电路112在t0～t0+T/2时间内对经过电压跟随电路113、积分电路111处理的输出电压进行采样得到第三积分电压，控制模数转换电路112在t0+T/2～t0+T时间内对经过电压跟随电路113、积分电路111处理的输出电压进行采样得到第四积分电压；
第二控制模块122同步接收、存储测量数字信号，并根据测量数字信号、开关的闭合时间、周期T以及输出电压的均值确定开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量的步骤包括：
第二控制模块122同步接收、存储第三积分电压和第四积分电压，并根据第三积分电压、第四积分电压、开关的闭合时间、周期T以及输出电压的均值确定开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量。
此处，第二控制模块122控制测量模块110进行采样的步骤以及第二控制模块122进行测量信号处理过程均可通过上述实施例中得到，在此不做赘述。可选的，将第三积分电压和第四积分电压分别代入上述装置实施例中的计算公式的M(0)和M(1)中可得到滤波电容的ESR和/或电容容量。
在其中一个实施例中，如图10所示，第二控制模块122同步接收、存储测量数字信号，并根据测量数字信号、开关的闭合时间、周期T以及输出电压的均值确定开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量的步骤包括：
S321：第二控制模块122同步接收、存储时间T内的测量数字信号，并对t0～t0+T/2时间内的测量数字信号进行累加获得第一积分值，对t0+T/2～t0+T时间内的测量数字信号进行累加获得第二积分值；
S322：根据第一积分值和第二积分值、开关的闭合时间、周期T以及输出电压的均值确定开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量。
具体的，第二控制模块122同步接收、存储时间T内的测量数字信号，并对t0～t0+T/2时间内的测量数字信号进行累加获得第一积分值M’(0)，对t0+T/2～t0+T时间内的测量数字信号，即后T/2时间的测量数字信号进行累加获得第二积分值M’(1)，第二控制模块122利用数据M’(0)、M’(1)、开关的闭合时间、周期T以及输出电压的均值计算滤波电容的电容容量C和等效串联电阻Resr。可选的，第二控制模块122可以根据上述实施例中的公式(1)-(9)计算滤波电容的电容容量C和等效串联电阻Resr，第一控制模块121将M’(0)和M’(1)代入公式(4)、(5)或公式(8)、(9)中的M(0)和M(1)，可以确定滤波电容的电容容量C和等效串联电阻Resr。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机可读指令，计算机可读指令被处理器执行时，使得处理器执行如权利要求6-9中任一项的数据处理方法的步骤。
一种存储有计算机可读指令的存储介质，计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行上述方法的步骤。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括以上方法的步骤，的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种开关电源滤波电容的测量装置，其特征在于，包括：测量模块和控制模块；
所述测量模块，用于采集开关电源模块的输出电压，并将所述输出电压转换为测量数字信号；
所述控制模块，用于控制开关电源模块保持输出周期为T的输出电压，并控制所述测量模块以T/2为采样周期同步采集所述输出电压；所述控制模块还用于同步接收、存储所述测量数字信号，并根据所述测量数字信号确定所述开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量。
2.根据权利要求1所述的开关电源滤波电容的测量装置，其特征在于，所述控制模块包括第一控制模块和第二控制模块；
所述第一控制模块用于发送周期为T的控制信号来控制所述开关电源模块中的开关的闭合和断开，使得所述开关电源模块保持输出周期为T的所述输出电压；
所述第二控制模块用于接收所述第一控制模块发送的所述控制信号，并根据所述控制信号控制所述测量模块以T/2为采样周期同步采集所述输出电压；所述第二控制模块还用于同步接收、存储所述测量数字信号，并根据所述测量数字信号、所述开关的闭合时间、周期T以及所述输出电压的均值确定所述开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量。
3.根据权利要求1或2所述的开关电源滤波电容的测量装置，其特征在于，所述测量模块包括积分电路和模数转换电路；
所述积分电路的输入端接所述开关电源模块的输出端，所述积分电路的输出端接所述模数转换电路的输入端；
所述模数转换电路的输出端接所述第二控制模块的输入端。
4.根据权利要求3所述的开关电源滤波电容的测量装置，其特征在于，所述测量模块还包括电压跟随电路；
所述电压跟随电路的输入端接所述开关电源模块的输出端，所述电压跟随电路的输出端接所述积分电路的输入端。
5.根据权利要求4所述的开关电源滤波电容的测量装置，其特征在于，所述测量模块还包括隔离放大电路；
所述隔离放大电路的输入端接所述开关电源模块的输出端；所述隔离放大电路的输出端接所述电压跟随电路。
6.一种数据处理方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的开关电源滤波电容的测量装置，该方法包括：
控制模块控制开关电源模块保持输出周期为T的输出电压；
控制模块控制所述测量模块以T/2为采样周期同步采集所述输出电压，使所述测量模块将所述输出电压转换为测量数字信号；
控制模块同步接收、存储所述测量数字信号，并根据所述测量数字信号确定所述开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量。
7.根据权利要求6所述的数据处理方法，其特征在于，所述控制模块包括第一控制模块和第二控制模块；
所述控制模块控制开关电源模块保持输出周期为T的输出电压的步骤包括：
所述第一控制模块发送周期为T的控制信号来控制所述开关电源模块中的开关的闭合和断开，使得所述开关电源模块保持输出周期为T的所述输出电压；
所述控制模块控制所述测量模块以T/2为采样周期同步采集所述输出电压，使所述测量模块将所述输出电压转换为测量数字信号的步骤包括：
所述第二控制模块接收所述第一控制模块发送的所述控制信号，并根据所述控制信号控制所述测量模块以T/2为采样周期同步采集所述输出电压；
所述控制模块同步接收、存储所述测量数字信号，并根据所述测量数字信号确定所述开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量的步骤包括：
第二控制模块同步接收、存储所述测量数字信号，并根据所述测量数字信号、所述开关的闭合时间、周期T以及所述输出电压的均值确定所述开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量。
8.根据权利要求7所述的数据处理方法，其特征在于，所述测量模块包括积分电路和模数转换电路；所述积分电路的输入端接所述开关电源模块的输出端，所述积分电路的输出端接所述模数转换电路的输入端；所述模数转换电路的输出端接所述第一控制模块的输入端；
所述测量数字信号包括第一积分电压和第二积分电压；
所述第二控制模块接收所述第一控制模块发送的所述控制信号，并根据所述控制信号控制所述测量模块以T/2为采样周期同步采集所述输出电压的步骤包括：
所述第二控制模块接收所述第一控制模块发送的所述控制信号，并根据所述控制信号同步控制所述模数转换电路在t0～t0+T/2时间内对经过积分电路积分的所述输出电压进行采样得到所述第一积分电压，控制所述模数转换电路在t0+T/2～t0+T时间内对经过积分电路积分的所述输出电压进行采样得到所述第二积分电压；
所述第二控制模块同步接收、存储所述测量数字信号，并根据所述测量数字信号、所述开关的闭合时间、周期T以及所述输出电压的均值确定所述开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量的步骤包括：
所述第二控制模块同步接收、存储所述第一积分电压和所述第二积分电压，并根据所述第一积分电压、所述第二积分电压、所述开关的闭合时间、周期T以及所述输出电压的均值确定所述开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量。
9.根据权利要求7所述的数据处理方法，其特征在于，所述第二控制模块同步接收、存储所述测量数字信号，并根据所述测量数字信号、所述开关的闭合时间、周期T以及所述输出电压的均值确定所述开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量的步骤包括：
第二控制模块同步接收、存储时间T内的所述测量数字信号，并对t0～t0+T/2时间内的所述测量数字信号进行累加获得第一积分值，对t0+T/2～t0+T时间内的所述测量数字信号进行累加获得第二积分值；
根据所述第一积分值和所述第二积分值、所述开关的闭合时间、周期T以及所述输出电压的均值确定所述开关电源模块的滤波电容的ESR和/或电容容量。
10.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求6-9中任一项所述的数据处理方法的步骤。
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