CN110618391A - 降压dc/dc变换器esr和l的监测装置及方法 - Google Patents
降压dc/dc变换器esr和l的监测装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110618391A CN110618391A CN201910561145.1A CN201910561145A CN110618391A CN 110618391 A CN110618391 A CN 110618391A CN 201910561145 A CN201910561145 A CN 201910561145A CN 110618391 A CN110618391 A CN 110618391A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- capacitor
- output
- signal processing
- processing module
- converter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/16—Measuring impedance of element or network through which a current is passing from another source, e.g. cable, power line
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
- G01R27/2611—Measuring inductance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/40—Testing power supplies
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
本发明提供了一种降压DC/DC变换器ESR和L的监测装置及方法。监测装置包括Buck开环电路、电容投切电路、PWM整形电路、纹波隔离放大电路、信号处理模块和显示模块。方法包括:计算输出端并联电容前的开关频率、占空比和输出电压纹波;将并联电容并联在Buck变换器输出端,计算并联电容后的开关频率、占空比和输出电压纹波;送入信号处理模块进行综合处理,得到Buck变换器输出滤波电容等效串联电阻ESR和电感L的值,并实时显示。
Description
技术领域
本发明涉及一种电能变换中的监测技术,特别是一种降压DC/DC变换器 ESR和L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。开关 电源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 SeriesResistance,ESR)会发生变化,与初始电容值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(ContinuousConduction 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,预测其寿命非常重要。目前,针对电容监测技术的研究主要分为两大 类:离线式监测和在线/准在线式监测。离线式监测通过把激励信号加在待测电 容两端,测量产生的响应来计算电容参数,其具有简单可靠的优点,但该方法需 要让设备停机,有时甚至需要拆下待测电容,因此,该方法实用性不高。和离线 式监测相比,在线/准在线式监测可以在电路正常工作的情况下,通过增加传感器测量电容工作时的电压、电流等信息,进而计算电容参数,这类方法能够准确、 实时地监测电容工作状态,但其成本过高,增加的传感器还会破坏电路原有结构, 影响电路性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降压DC/DC变换器ESR和L的监测装置及方 法。
实现本发明目的的第一种技术方案为:一种降压DC/DC变换器ESR和L的 监测装置,包括Buck开环电路、电容投切电路、PWM整形电路、纹波隔离放 大电路、信号处理模块和显示单元;电容投切电路的输入端与Buck开环电路的 输出端连接,电容投切电路的输出端与纹波隔离放大电路的输入端连接,纹波隔 离放大电路的输出端与信号处理模块的一个输入端连接,信号处理模块的另一个 输入端与PWM整形电路的输出端连接,PWM整形电路的输入端与Buck开环 电路中的控制单元连接,信号处理模块的一个输出端与Buck开环电路中的开关 三极管Q2的基极连接且另一个输出端与显示模块的输入端连接。
采用上述监测装置,所述Buck开环电路包括输入电压源Vin、开关管Q1、 电感L、控制单元G、第一二极管D1、输出电容Co、输出电容等效串联电阻ESR 和负载电阻RL;输入电压源Vin的正极与第一开关管Q1的漏极连接,第一开关 管Q1的栅极与控制单元G和PWM整形电路的输入端连接,第一开关管Q1的源 极同时与第一二极管D1的负极和电感L的一端连接,第一二极管D1的正极为参 考电位零点GND,电感L的另一端同时与输出电容等效串联电阻ESR的一端和 负载电阻RL的一端连接,输出电容等效串联电阻ESR的另一端与输出电容Co的一端连接,输出电容Co的另一端为参考电位零点GND,负载电阻RL的另一 端为参考电位零点GND。
采用上述监测装置,所述电容投切电路包括继电器驱动电源Vb、继电器K、 开关三极管Q2、并联电容Cp和并联电容等效串联电阻ESRp;继电器驱动电源 Vb的正极与继电器K线圈的一端连接,继电器驱动电源Vb的负极为参考电位零 点GND,继电器K线圈的另一端与开关三极管Q2的发射极连接,开关三极管 Q2的基极与信号处理模块的一个输出端连接,开关三极管Q2的集电极为参考电 位零点GND,继电器K触点的一端与Buck开环电路的输出端和纹波隔离放大 电路的输入端连接,继电器K触点的另一端与并联电容等效串联电阻ESRp的一 端连接,并联电容等效串联电阻ESRp的另一端与并联电容Cp的一端连接,并联 电容Cp的另一端为参考电位零点GND。
采用上述监测装置,所述PWM整形电路包括第二电容C2、第一变压器T1、 第三电容C3、第二二极管D2和第一运算放大器amp1;第二电容C2的一端与Buck 开环电路中的控制单元G和开关管Q1的栅极连接,第二电容C2的另一端与第一 变压器T1原边的一端连接,第一变压器T1原边的另一端为参考电位零点GND, 第一变压器T1副边的一端与第三电容C3的一端连接,第一变压器T1副边的另一 端为模拟电位零点AGND,第三电容C3的另一端同时与第二二极管D2的负极和 第一运算放大器amp1的同相输入端连接,第二二极管D2的正极为模拟电位零 点AGND,第一运算放大器amp1的反相输入端和第一运算放大器amp1的输出 端同时与信号处理模块的一个输入端连接。
采用上述监测装置,所述纹波隔离放大电路包括第四电容C4、第二变压器 T2、第五电容C5、第一电阻R1、第二电阻R2、偏执电源Voffset、第六电容C6、第 二运算放大器amp2和第三电阻R3;第四电容C4的一端与电容投切电路的输出 端连接,第四电容C4的另一端与第二变压器T2原边的一端连接,第二变压器T2原边的另一端为模拟电位零点AGND,第二变压器T2副边的一端与第五电容C5的一端连接,第二变压器T2副边的另一端为参考电位零点AGND,第五电容C5的另一端同时与第一电阻R1的一端和第二运算放大器amp2的同相输入端连接, 第一电阻R1的另一端与偏置电源Voffset的正极连接,偏置电源Voffset的负极为参 考电位零点AGND,第二电阻R2的一端同时与第二运算放大器amp2的反向输 入端和第三电阻R3的一端连接,第二电阻R2的另一端与第六电容C6的一端连接, 第六电容C6的另一端为参考点位零点AGND,第三电阻R3的另一端和第二运算 放大器amp2的输出端同时与信号处理模块的一个输入端连接。
采用上述监测装置,所述信号处理模块为DSP芯片TMS320F28335。
采用上述监测装置,所述显示单元为1602液晶显示屏。
实现本发明目的的第二种技术方案为:一种降压DC/DC变换器ESR和L的 监测方法,包括以下步骤:
步骤1,PWM整形电路输出的信号送入信号处理模块中的脉冲捕捉单元, 处理得出变换器当前的开关频率fs及占空比D,并将得到的开关频率fs及占空比 D送入计算单元,处理得到纹波电压采样时刻tz;
步骤2,PWM整形电路输出的信号送入信号处理模块中的脉冲捕捉单元, 在信号波的上升沿启动信号处理模块内部的定时器单元,定时tz秒后启动信号处 理模块中的模数转换单元;
步骤3,纹波隔离放大电路的输出信号送入信号处理模块中的模数转换单 元,处理得到tz时刻的电压纹波vo(tz);
步骤4,信号处理模块产生的驱动信号送入Buck开环电路中的开关三极管 Q2的基极,使得开关三极管Q2导通,继电器K线圈通电,继电器K触点闭合, 并联电容Cp和并联电容等效串联电阻ESRp并联在Buck变换器输出端;
步骤5,PWM整形电路输出的信号送入信号处理模块中的脉冲捕捉单元, 处理得出输出端并联电容后变换器的开关频率fsp及占空比Dp,并将计算得到的 开关频率fsp及占空比Dp送入计算单元,处理得到纹波电压采样时刻tzp;
步骤6,PWM整形电路输出的信号送入信号处理模块中的脉冲捕捉单元, 在信号波的上升沿启动信号处理模块内部的定时器单元,定时tzp秒后启动信号 处理模块中的模数转换单元;
步骤7,纹波隔离放大电路的输出信号送入信号处理模块中的模数转换单 元,处理得到tzp时刻的电压纹波vop(tzp);
步骤8,将得到的开关频率fs、占空比D、输出电压纹波vo(tz)以及输出端 并联电容后的开关频率fsp、占空比Dp、输出电压纹波vo(tzp)送入信号处理模 块中的计算单元进行综合处理,得到Buck变换器输出滤波电容等效串联电阻 ESR和电感L的值;
步骤9,将所得的Buck变换器输出电容等效串联电阻ESR和电感L的值送 入显示单元实时显示。
采用上述方法,步骤8中所述ESR和L的计算公式如下:
式中,ESR为输出电容等效串联电阻的阻值,L为电感值,ESRp为并联电 容等效串联电阻的阻值,fs为变换器开关频率,fsp为变换器输出端并联电容后的 开关频率,Vo为输出电压平均值,Vop为变换器输出端并联电容后的输出电压平 均值,D为变换器的占空比,Dp为变换器输出端并联电容后的占空比,为 变换器tz时刻对应的输出电压纹波值,为变换器输出端并联电容后tzp时 刻对应的输出电压纹波值。
本发明与现有技术相比,其显著优点在于:(1)能够在主电路不停机的情况 下对电容的参数ESR和电感L进行监测;(2)无需电流传感器,方法简单容易 实现,为电容和电源的寿命预测提供了依据。
下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。
附图说明
图1是本发明CCM模式Buck DC/DC变换器ESR和电感L的监测装置的结 构示意图。
图2是本发明实施例中一个开关周期内CCM降压变换器中开关管驱动信号 vgs、电感电流iL、电容电流ic、C上电压Vc、ESR上电压vESR以及输出电压瞬时 值vo的波形图。
图3是本发明中PWM整形电路的结构示意图。
图4是本发明中纹波隔离放大电路的结构示意图。
具体实施方式
结合图2,电感电流iL在一个开关周期内的平均值等于输出负载电流Io。假 定开关频率下电解电容的阻抗远小于负载电阻,电感电流的交流分量全部流过输 出电容,而负载上仅留有直流电流Io。根据导通和关断期间电感电流斜率等参量 得到电感电流iL的表达式如下:
输出电容电流即为电感电流的纹波分量,根据Buck变换器导通和关断期间 的状态方程,可得电容电流的表达式为:
根据电解电容的串联等效电路模型,电容电流iC(t)在ESR和C上的电压响应分 别为vESR(t)和vC(t),其波形如图3、4所示。其表达式分别为:
其中VC(0)为零时刻对应的电容电压值,VC(DTs)为开关管关断瞬间电容C上 的电压,且VC(0)=VC(DTs)=VC(Ts)。根据电容的安秒平衡法则,等效串联电阻上 的直流电压分量为0,即vESR(t)在开关周期内的平均值等于零。因此,将式(3.4) 在变换器的一个开关周期Ts内求取平均值,即为输出电压平均值Vo,如下式所 示:
由式(3.5)可得电容C上初始时刻的电压值为:
因此ESR和C上的纹波电压分别为:
令v%C(t)为0,可以得到:
因此,对于不同的D,存在不同的tz使得此时的输出电压纹波即 为ESR上的电压纹波
为了求解ESR,在变换器输出端并联一个参数已知的电容Cp,将变换器原 先的输出滤波电容与并联的电容看做一个整体,则等效后的电容阻抗为:
忽略不含w的项,则ESReq的表达式可以简化为:
基于前述分析,可得并联电容后变换器输出电压纹波在tzp时刻的表达式:
结合式(10)和(13),可以得到:
式中,ESR为输出电容等效串联电阻的阻值,L为电感值,ESRp为并联电 容等效串联电阻的阻值,fs为变换器开关频率,fsp为变换器并联电容后的开关频 率,Vo为输出电压平均值,Vop为变换器并联电容后的输出电压平均值,D为变 换器的占空比,Dp为变换器并联电容后的占空比,vo(tz)为tz时刻对应的瞬时输 出电压,vop(tzp)为并联电容后tzp时刻对应的瞬时输出电压。
结合图3,设定Buck变换器PWM信号的幅值为VS1,电容C2用于去除PWM 信号中的直流分量,其电压VC2=DVS1。第一变压器T1使PWM整形与主功率电 路之间实现电气隔离,其原副边匝比为n,则隔离变压器A和B点电压vA、vB为PWM信号的交流分量。因第三电容C3和第二二极管D2的作用,C点电压波 形与PWM信号一致,其幅值为VS1/n。vC经电压跟随器后得到vPWM_s,信号处理 模块5中的脉冲捕捉单元捕捉捕捉此信号的上升沿和下降沿时刻,就可以计算得 到开关频率fs和占空比D,同时此信号的上升沿也作为开关周期零时刻的触发信号,用以触发信号处理模块5中的定时器单元,定时器单元定时tz秒后触发信号 处理模块5中的模数转换单元,接收纹波隔离放大电路4输出的信号。
结合图1、图4,Buck变换器的输出电压瞬时值为vo,利用第四电容C4隔 断直流,提取出输出电压的交流纹波分量。采用1:1的第二变压器T2隔离纹波隔 离放大电路和主功率电路,则其副边电压为Buck变换器输出电压的交流纹波, 即第五电容C5用于隔离偏置电源Voffset提供的直流电压,再经第二运算 放大器amp2放大后,可以得到偏置放大后的电压为
结合图1,本发明一种CCM模式Buck DC/DC变换器ESR和电感L的监测 装置,包括Buck开环电路1、电容投切电路2、PWM整形电路3、纹波隔离放 大电路4、信号处理模块5和显示单元6,其中:
所述电容投切电路2的输入端与Buck开环电路1的输出端连接,电容投切 电路2的输出端与纹波隔离放大电路4的输入端连接;所述纹波隔离放大电路4 的输出端与信号处理模块5的一个输入端连接,信号处理模块5的另一个输入端 与PWM整形电路3的输出端连接,PWM整形电路3的输入端与Buck开环电 路1中的控制单元连接;信号处理模块5的一个输出端与Buck开环电路1中的 开关三极管Q2的基极连接,另一个输出端与显示模块6的输入端连接。
进一步地,所述Buck开环电路1包括输入电压源Vin、电感L、开关管Q1、 控制单元G、第一二极管D1、输出电容Co、输出电容等效串联电阻ESR和负载 电阻RL,其中:
所述输入电压源Vin的正极与第一开关管Q1的漏极连接,第一开关管Q1的 栅极与控制单元G和PWM整形电路(3)的输入端连接,第一开关管Q1的源极同 时与第一二极管D1的负极和电感L的一端连接,第一二极管D1的正极为参考电 位零点GND,电感L的另一端同时与输出电容等效串联电阻ESR的一端和负载 电阻RL的一端连接,输出电容等效串联电阻ESR的另一端与输出电容Co的一 端连接,输出电容Co的另一端为参考电位零点GND;负载电阻RL的另一端为 参考电位零点GND。
进一步地,所述电容投切电路2包括继电器驱动电源Vb、继电器K、开关三 极管Q2、并联电容Cp和并联电容等效串联电阻ESRp,其中:
所述继电器驱动电源Vb的正极与继电器K线圈的一端连接,继电器驱动电 源Vb的负极为参考电位零点GND;继电器K线圈的另一端与开关三极管Q2的 发射极连接,开关三极管Q2的基极与信号处理模块5的一个输出端连接,开关 三极管Q2的集电极为参考电位零点GND;继电器K触点的一端与Buck开环电 路1的输出端和纹波隔离放大电路4的输入端连接,继电器K触点的另一端与 并联电容等效串联电阻ESRp的一端连接,并联电容等效串联电阻ESRp的另一 端与并联电容Cp的一端连接,并联电容Cp的另一端为参考电位零点GND。
进一步地,所述PWM整形电路3包括第二电容C2、第一变压器T1、第三 电容C3、第二二极管D2和第一运算放大器amp1,其中:
所述第二电容C2的一端与Buck开环电路1中的控制单元G和开关管Q1的 栅极连接,第二电容C2的另一端与第一变压器T1原边的一端连接,第一变压器 T1原边的另一端为参考电位零点GND;第一变压器T1副边的一端与第三电容 C3的一端连接,第一变压器T1副边的另一端为模拟电位零点AGND;第三电容 C3的另一端同时与第二二极管D2的负极和第一运算放大器amp1的同相输入端 连接,第二二极管D2的正极为模拟电位零点AGND,第一运算放大器amp1的 反相输入端和第一运算放大器amp1的输出端同时与信号处理模块5的一个输入 端连接。
进一步地,所述纹波隔离放大电路4包括第四电容C4、第二变压器T2、第 五电容C5、第一电阻R1、第二电阻R2、偏执电源Voffset、第六电容C6、第二运算 放大器amp2和第三电阻R3,其中:
所述第四电容C4的一端与电容投切电路2的输出端连接,第四电容C4的另 一端与第二变压器T2原边的一端连接,第二变压器T2原边的另一端为模拟电位 零点AGND;第二变压器T2副边的一端与第五电容C5的一端连接,第二变压器 T2副边的另一端为参考电位零点AGND,第五电容C5的另一端同时与第一电阻 R1的一端和第二运算放大器amp2的同相输入端连接,第一电阻R1的另一端与 偏置电源Voffset的正极连接,偏置电源Voffset的负极为参考电位零点AGND;第二 电阻R2的一端同时与第二运算放大器amp2的反向输入端和第三电阻R3的一端 连接,第二电阻R2的另一端与第六电容C6的一端连接,第六电容C6的另一端 为参考点位零点AGND;第三电阻R3的另一端和第二运算放大器amp2的输出 端同时与信号处理模块5的一个输入端连接。
进一步地,所述信号处理模块5为DSP芯片TMS320F28335。
进一步地,所述显示单元6为1602液晶显示屏。
一种CCM模式Buck DC/DC变换器ESR和电感L的监测方法,包括以下步 骤:
步骤1,PWM整形电路3输出的信号送入信号处理模块5中的脉冲捕捉单 元,处理得出变换器当前的开关频率fs及占空比D,并将计算得到的开关频率fs及占空比D送入计算单元,处理得到纹波电压采样时刻tz;
步骤2,PWM整形电路3输出的信号送入信号处理模块5中的脉冲捕捉单 元,在信号波的上升沿启动信号处理模块5内部的定时器单元,定时tz秒后启动 信号处理模块5中的模数转换单元;
步骤3,纹波隔离放大电路4的输出信号送入信号处理模块5中的模数转换 单元,处理得到tz时刻的电压纹波vo(tz);
步骤4,信号处理模块5产生的驱动信号送入Buck开环电路1中的开关三 极管Q2的基极,使得开关三极管Q2导通,继电器K线圈通电,继电器K触点 闭合,并联电容Cp和并联电容等效串联电阻ESRp并联在Buck变换器输出端;
步骤5,PWM整形电路3输出的信号送入信号处理模块5中的脉冲捕捉单 元,处理得出输出端并联电容后变换器的开关频率fsp及占空比Dp,并将计算得 到的开关频率fsp及占空比Dp送入计算单元,处理得到纹波电压采样时刻tzp;
步骤6,PWM整形电路3输出的信号送入信号处理模块5中的脉冲捕捉单 元,在信号波的上升沿启动信号处理模块5内部的定时器单元,定时tzp秒后启 动信号处理模块5中的模数转换单元;
步骤7,纹波隔离放大电路4的输出信号送入信号处理模块5中的模数转换 单元,处理得到tzp时刻的电压纹波vop(tzp);
步骤8,将得到的开关频率fs、占空比D、输出电压纹波vo(tz)以及输出端并 联电容后的开关频率fsp、占空比Dp、输出电压纹波vo(tzp)送入信号处理模块5 中的计算单元进行综合处理,得到Buck变换器输出滤波电容等效串联电阻ESR 和电感L的值;
步骤9,将所得的Buck变换器输出电容等效串联电阻ESR和电感L的值送 入显示单元6实时显示。
进一步地,步骤8中所述ESR和L的计算公式如下:
式中,ESR为输出电容等效串联电阻的阻值,L为电感值,ESRp为并联电 容等效串联电阻的阻值,fs为变换器开关频率,fsp为变换器输出端并联电容后的 开关频率,Vo为输出电压平均值,Vop为变换器输出端并联电容后的输出电压平 均值,D为变换器的占空比,Dp为变换器输出端并联电容后的占空比,为 变换器tz时刻对应的输出电压纹波值,为变换器输出端并联电容后tzp时 刻对应的输出电压纹波值。
本发明能够实时监测CCM模式Buck DC/DC变换器的输出电容等效串联电 阻ESR和电感的感值L的变化,从而对电解电容和电源的寿命进行准确预测。
Claims (9)
1.一种降压DC/DC变换器ESR和L的监测装置,其特征在于,包括Buck开环电路(1)、电容投切电路(2)、PWM整形电路(3)、纹波隔离放大电路(4)、信号处理模块(5)和显示单元(6);其中
电容投切电路(2)的输入端与Buck开环电路(1)的输出端连接,
电容投切电路(2)的输出端与纹波隔离放大电路(4)的输入端连接,
纹波隔离放大电路(4)的输出端与信号处理模块(5)的一个输入端连接,
信号处理模块(5)的另一个输入端与PWM整形电路(3)的输出端连接,
PWM整形电路(3)的输入端与Buck开环电路(1)中的控制单元连接,
信号处理模块(5)的一个输出端与Buck开环电路(1)中的开关三极管Q2的基极连接且另一个输出端与显示模块(6)的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的监测装置,其特征在于,所述Buck开环电路(1)包括输入电压源Vin、开关管Q1、电感L、控制单元G、第一二极管D1、输出电容Co、输出电容等效串联电阻ESR和负载电阻RL;其中
输入电压源Vin的正极与第一开关管Q1的漏极连接,
第一开关管Q1的栅极与控制单元G和PWM整形电路(3)的输入端连接,
第一开关管Q1的源极同时与第一二极管D1的负极和电感L的一端连接,
第一二极管D1的正极为参考电位零点GND,
电感L的另一端同时与输出电容等效串联电阻ESR的一端和负载电阻RL的一端连接,
输出电容等效串联电阻ESR的另一端与输出电容Co的一端连接,
输出电容Co的另一端为参考电位零点GND,
负载电阻RL的另一端为参考电位零点GND。
3.根据权利要求1所述的监测装置,其特征在于,所述电容投切电路(2)包括继电器驱动电源Vb、继电器K、开关三极管Q2、并联电容Cp和并联电容等效串联电阻ESRp;其中
继电器驱动电源Vb的正极与继电器K线圈的一端连接,
继电器驱动电源Vb的负极为参考电位零点GND,
继电器K线圈的另一端与开关三极管Q2的发射极连接,
开关三极管Q2的基极与信号处理模块(5)的一个输出端连接,
开关三极管Q2的集电极为参考电位零点GND,
继电器K触点的一端与Buck开环电路(1)的输出端和纹波隔离放大电路(4)的输入端连接,
继电器K触点的另一端与并联电容等效串联电阻ESRp的一端连接,
并联电容等效串联电阻ESRp的另一端与并联电容Cp的一端连接,
并联电容Cp的另一端为参考电位零点GND。
4.根据权利要求1所述的监测装置,其特征在于,所述PWM整形电路(3)包括第二电容C2、第一变压器T1、第三电容C3、第二二极管D2和第一运算放大器amp1;其中
第二电容C2的一端与Buck开环电路(1)中的控制单元G和开关管Q1的栅极连接,
第二电容C2的另一端与第一变压器T1原边的一端连接,
第一变压器T1原边的另一端为参考电位零点GND,
第一变压器T1副边的一端与第三电容C3的一端连接,
第一变压器T1副边的另一端为模拟电位零点AGND,
第三电容C3的另一端同时与第二二极管D2的负极和第一运算放大器amp1的同相输入端连接,
第二二极管D2的正极为模拟电位零点AGND,
第一运算放大器amp1的反相输入端和第一运算放大器amp1的输出端同时与信号处理模块(5)的一个输入端连接。
5.根据权利要求1所述的监测装置,其特征在于,所述纹波隔离放大电路(4)包括第四电容C4、第二变压器T2、第五电容C5、第一电阻R1、第二电阻R2、偏执电源Voffset、第六电容C6、第二运算放大器amp2和第三电阻R3;其中
第四电容C4的一端与电容投切电路(2)的输出端连接,
第四电容C4的另一端与第二变压器T2原边的一端连接,
第二变压器T2原边的另一端为模拟电位零点AGND,
第二变压器T2副边的一端与第五电容C5的一端连接,
第二变压器T2副边的另一端为参考电位零点AGND,
第五电容C5的另一端同时与第一电阻R1的一端和第二运算放大器amp2的同相输入端连接,
第一电阻R1的另一端与偏置电源Voffset的正极连接,
偏置电源Voffset的负极为参考电位零点AGND,
第二电阻R2的一端同时与第二运算放大器amp2的反向输入端和第三电阻R3的一端连接,
第二电阻R2的另一端与第六电容C6的一端连接,
第六电容C6的另一端为参考点位零点AGND,
第三电阻R3的另一端和第二运算放大器amp2的输出端同时与信号处理模块(5)的一个输入端连接。
6.根据权利要求1所述的监测装置,其特征在于,所述信号处理模块(5)为DSP芯片TMS320F28335。
7.根据权利要求1所述的监测装置,其特征在于,所述显示单元(6)为1602液晶显示屏。
8.一种降压DC/DC变换器ESR和L的监测方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,PWM整形电路(3)输出的信号送入信号处理模块(5)中的脉冲捕捉单元,处理得出变换器当前的开关频率fs及占空比D,并将得到的开关频率fs及占空比D送入计算单元,处理得到纹波电压采样时刻tz;
步骤2,PWM整形电路(3)输出的信号送入信号处理模块(5)中的脉冲捕捉单元,在信号波的上升沿启动信号处理模块(5)内部的定时器单元,定时tz秒后启动信号处理模块(5)中的模数转换单元;
步骤3,纹波隔离放大电路(4)的输出信号送入信号处理模块(5)中的模数转换单元,处理得到tz时刻的电压纹波vo(tz);
步骤4,信号处理模块(5)产生的驱动信号送入Buck开环电路(1)中的开关三极管Q2的基极,使得开关三极管Q2导通,继电器K线圈通电,继电器K触点闭合,并联电容Cp和并联电容等效串联电阻ESRp并联在Buck变换器输出端;
步骤5,PWM整形电路(3)输出的信号送入信号处理模块(5)中的脉冲捕捉单元,处理得出输出端并联电容后变换器的开关频率fsp及占空比Dp,并将计算得到的开关频率fsp及占空比Dp送入计算单元,处理得到纹波电压采样时刻tzp;
步骤6,PWM整形电路(3)输出的信号送入信号处理模块(5)中的脉冲捕捉单元,在信号波的上升沿启动信号处理模块(5)内部的定时器单元,定时tzp秒后启动信号处理模块(5)中的模数转换单元;
步骤7,纹波隔离放大电路(4)的输出信号送入信号处理模块(5)中的模数转换单元,处理得到tzp时刻的电压纹波vop(tzp);
步骤8,将得到的开关频率fs、占空比D、输出电压纹波vo(tz)以及输出端并联电容后的开关频率fsp、占空比Dp、输出电压纹波vo(tzp)送入信号处理模块(5)中的计算单元进行综合处理,得到Buck变换器输出滤波电容等效串联电阻ESR和电感L的值;
步骤9,将所得的Buck变换器输出电容等效串联电阻ESR和电感L的值送入显示单元(6)实时显示。
9.根据权利要求8所述的监测方法,其特征在于,步骤8中所述ESR和L的计算公式如下:
式中,ESR为输出电容等效串联电阻的阻值,L为电感值,ESRp为并联电容等效串联电阻的阻值,fs为变换器开关频率,fsp为变换器输出端并联电容后的开关频率,Vo为输出电压平均值,Vop为变换器输出端并联电容后的输出电压平均值,D为变换器的占空比,Dp为变换器输出端并联电容后的占空比,为变换器tz时刻对应的输出电压纹波值,为变换器输出端并联电容后tzp时刻对应的输出电压纹波值。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910561145.1A CN110618391B (zh) | 2019-06-26 | 2019-06-26 | 降压dc/dc变换器esr和l的监测装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910561145.1A CN110618391B (zh) | 2019-06-26 | 2019-06-26 | 降压dc/dc变换器esr和l的监测装置及方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110618391A true CN110618391A (zh) | 2019-12-27 |
CN110618391B CN110618391B (zh) | 2021-10-08 |
Family
ID=68921746
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910561145.1A Active CN110618391B (zh) | 2019-06-26 | 2019-06-26 | 降压dc/dc变换器esr和l的监测装置及方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110618391B (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111796196A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-10-20 | 哈尔滨工业大学(深圳) | Buck变换器故障检测方法 |
CN113917246A (zh) * | 2021-07-23 | 2022-01-11 | 商飞信息科技(上海)有限公司 | 一种新型直流升压变换器开源测试平台 |
CN114295897A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-04-08 | 苏州浪潮智能科技有限公司 | 一种自举电容的极限值测试方法、系统及相关组件 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103605084A (zh) * | 2013-11-14 | 2014-02-26 | 南京理工大学 | 升压pfc变换器输出电容esr和c的监测装置及方法 |
CN105162332A (zh) * | 2015-09-25 | 2015-12-16 | 南京理工大学 | Ccm反激变换器输出电容esr和c的监测装置及方法 |
KR20170100197A (ko) * | 2016-02-25 | 2017-09-04 | 성균관대학교산학협력단 | 수동 소자 내장을 위한 기판의 esl/esr 측정 방법 |
CN107132422A (zh) * | 2017-06-28 | 2017-09-05 | 南京理工大学 | Ccm升压变换器输出电容esr和c的监测装置及方法 |
CN107167747A (zh) * | 2017-06-28 | 2017-09-15 | 南京理工大学 | Ccm降压变换器电感及输出电容的监测装置及方法 |
-
2019
- 2019-06-26 CN CN201910561145.1A patent/CN110618391B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103605084A (zh) * | 2013-11-14 | 2014-02-26 | 南京理工大学 | 升压pfc变换器输出电容esr和c的监测装置及方法 |
CN105162332A (zh) * | 2015-09-25 | 2015-12-16 | 南京理工大学 | Ccm反激变换器输出电容esr和c的监测装置及方法 |
KR20170100197A (ko) * | 2016-02-25 | 2017-09-04 | 성균관대학교산학협력단 | 수동 소자 내장을 위한 기판의 esl/esr 측정 방법 |
CN107132422A (zh) * | 2017-06-28 | 2017-09-05 | 南京理工大学 | Ccm升压变换器输出电容esr和c的监测装置及方法 |
CN107167747A (zh) * | 2017-06-28 | 2017-09-15 | 南京理工大学 | Ccm降压变换器电感及输出电容的监测装置及方法 |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
KAI YAO等: "A Current-Sensorless Online ESR and C Identification Method for Output Capacitor of Buck Converter", 《IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS》 * |
WEIJIE TANG等: "An Online Monitoring Scheme of DC-Link Capacitor’s ESR and C for a Boost PFC Converter", 《IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS》 * |
唐伟杰等: "一种无电流传感器的CCM Buck 变换器输出电容ESR 和C 的在线监测方法", 《中国电机工程学报》 * |
李辉: "DCM_Flyback变换器输出电解电容在线监测研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 * |
魏钰金: "脉冲序列控制DC/DC变换器研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111796196A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-10-20 | 哈尔滨工业大学(深圳) | Buck变换器故障检测方法 |
CN111796196B (zh) * | 2020-07-01 | 2022-07-19 | 哈尔滨工业大学(深圳) | Buck变换器故障检测方法 |
CN113917246A (zh) * | 2021-07-23 | 2022-01-11 | 商飞信息科技(上海)有限公司 | 一种新型直流升压变换器开源测试平台 |
CN114295897A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-04-08 | 苏州浪潮智能科技有限公司 | 一种自举电容的极限值测试方法、系统及相关组件 |
CN114295897B (zh) * | 2021-11-30 | 2024-01-19 | 苏州浪潮智能科技有限公司 | 一种自举电容的极限值测试方法、系统及相关组件 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110618391B (zh) | 2021-10-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111856145B (zh) | 升压dc/dc变换器esr和l的监测装置及方法 | |
CN107167747B (zh) | Ccm降压变换器电感及输出电容的监测装置及方法 | |
CN110618391B (zh) | 降压dc/dc变换器esr和l的监测装置及方法 | |
CN111555625A (zh) | Dcm反激变换器输出电容和次级电感的在线监测装置及方法 | |
CN107132422B (zh) | Ccm升压变换器输出电容esr和c的监测装置及方法 | |
CN103412265B (zh) | Ccm降压变换器输出电容esr和c的监测装置及方法 | |
CN107153137B (zh) | Dcm升压变换器电感及输出电容的监测装置及方法 | |
CN105790580B (zh) | 电源系统及电感电流峰值的控制方法 | |
CN105375798A (zh) | 自适应采样电路、原边反馈恒压系统及开关电源系统 | |
CN103687245A (zh) | 隔离型原边反馈带pfc的led驱动电路及其控制器 | |
CN105915049A (zh) | Dcm升压变换器输出电容esr和c的监测装置及方法 | |
CN109347303A (zh) | Dcm升降压变换器输出电容的监测装置及方法 | |
CN105162323A (zh) | Dcm降压变换器输出电容esr和c的监测装置及方法 | |
CN103648222B (zh) | 非隔离实地带pfc的led驱动电路及其控制器 | |
CN109142880B (zh) | Ccm反激变换器输出电容的准在线监测装置及方法 | |
CN105158580A (zh) | Ccm升压变换器输出电容esr和c的监测装置及方法 | |
CN205300667U (zh) | 一种用于电磁流量计的励磁电路 | |
CN105162332A (zh) | Ccm反激变换器输出电容esr和c的监测装置及方法 | |
CN105137200A (zh) | Ccm升降压变换器输出电容的监测装置及方法 | |
CN109143110B (zh) | Dcm降压变换器电感及输出电容的监测装置及方法 | |
CN203618197U (zh) | 非隔离实地带pfc的led驱动电路及其控制器 | |
CN201417403Y (zh) | 开关电源的恒功率控制装置 | |
CN102426282B (zh) | 无刷直流电动机系统及无刷直流电动机力矩电流检测电路 | |
Kai et al. | A novel online ESR and C identification method for output capacitor of buck converter | |
CN102570565A (zh) | 一种电池充电装置及方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |