CN111398692B - 一种Buck类直直变换器输出滤波电容C值监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于变换器输出滤波电容健康监测技术领域，公开了一种Buck类直直变换器输出滤波电容C值监测方法，该方法步骤为：第一步，将电感电流i_Lf与输出电压v_o通过高通滤波单元分别获取交流分量i_{Lf_ac}与v_{o_ac}；第二步，对获取的电感电流交流分量i_{Lf_ac}进行希尔伯特变换得到i'_{Lf_ac}；第三步，根据i'_{Lf_ac}、v_{o_ac}与开关频率f_s计算输出电容容值C。本发明提供的方法不需要增加额外的采样点，不影响变换器的正常工作，简单易实现，为电容的健康监测提供依据。

Description

一种Buck类直直变换器输出滤波电容C值监测方法

技术领域

本发明属于变换器输出滤波电容健康监测技术领域，尤其是一种Buck类直直变换器输出滤波电容C值监测方法。

背景技术

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，电解电容的等效串联电阻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等效串联电阻值ESR与容值C对于评估其健康状况至关重要。然而，现有的Buck类直直变换器输出电容C辨识过程复杂，且需要对断续电流模式(DCM)和连续电流模式(CCM)模式进行判断，因而无法提供一种较为简便且通用的电容健康监测方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种Buck类直直变换器输出滤波电容C值监测方法，能够在线实时监测滤波电容的容值，对输出滤波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。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种Buck类直直变换器输出滤波电容C值监测方法，包括以下步骤：

步骤A)，将电感电流i_Lf与输出电压v_o通过高通滤波单元分别获取电感电流交流分量i_{Lf_ac}与输出电压交流分量v_{o_ac}；

步骤B)，对获取的电感电流交流分量i_{Lf_ac}进行希尔伯特变换，得到希尔伯特变换变换后的电感电流交流分量i'_{Lf_ac}；

步骤C)，根据希尔伯特变换变换后的电感电流交流分量i'_{Lf_ac}、输出电压交流分量v_{o_ac}与开关频率f_s，按如下公式计算输出滤波电容容值C：

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.本发明同时适用于CCM与DCM的模式；

2.本发明无需监测功率开关器件的PWM驱动脉冲信号，无需繁琐的计算；

3.对于输出电压、电流双环控制的Buck类直直变换器，本发明无需引入新的采样点；

4.电路简单，在不增加电子元器件的基础上，可以实现C的精确监测，具有重要的实际应用价值。

附图说明

图1为本发明中输出滤波电容C值监测方法的示意图；

图2为本发明Buck电路工作波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

参照图1，本发明公开了一种Buck类直直变换器输出滤波电容C值监测方法，包括以下步骤：

步骤A)，将电感电流i_Lf与输出电压v_o通过高通滤波单元分别获取电感电流交流分量i_{Lf_ac}与输出电压交流分量v_{o_ac}；

步骤B)，对获取的电感电流交流分量i_{Lf_ac}进行希尔伯特变换，得到希尔伯特变换变换后的电感电流交流分量i'_{Lf_ac}；

步骤C)，根据希尔伯特变换变换后的电感电流交流分量i'_{Lf_ac}、输出电压交流分量v_{o_ac}与开关频率f_s，按如下公式计算输出滤波电容容值C：

若采样点数为N，则得到的感电流交流分量为I_{Lf_ac}(1:N)，输出电压交流分量为V_{o_ac}(1:N)，I_{Lf_ac}(1:N)经希尔伯特变换后得到I'_{Lf_ac}(1:N)，C计算公式为：

图2为本发明中的Buck电路中负载为阻性时的工作波形图,其中图2(a)为CCM模式，图2(b)为DCM模式。本发明提供了Buck变换器输出滤波电容等效串联电阻测得仿真结果，仿真条件为：输入电压V_in＝24V，电感量L_f＝220μH，开关频率f_s＝50kHz，采样频率f_c＝10MHz，采样点数N＝2000。首先进行电路运行仿真，运行停止后电感电流交流分量i_{Lf_ac}、输出电压交流分量v_{o_ac}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电路输出滤波电容C值监测方法具有较高得跟踪精度。

表1

C实际值/μF	100	200	200	200	200
						ESR/Ω	0.2	0.2	0.1	0.2	0.2
占空比D	0.5	0.5	0.5	0.3	0.5
						R<sub>L</sub>/Ω	10(CCM)	10(CCM)	10(CCM)	10(CCM)	100(DCM)
C计算值/μF	105.14	209.29	200.28	217.27	209.16

本发明提供的Buck电路输出滤波电容C值监测方法的优势在于无需引入新的测量点，方法简单易实现，同时适用于CCM和DCM的模式。

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。

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。

Claims (1)

1.一种Buck类直直变换器输出滤波电容C值监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A)，将电感电流i_Lf与输出电压v_o通过高通滤波单元分别获取电感电流交流分量i_{Lf_ac}与输出电压交流分量v_{o_ac}；

步骤B)，对获取的电感电流交流分量i_{Lf_ac}进行希尔伯特变换，得到希尔伯特变换变换后的电感电流交流分量i'_{Lf_ac}；

步骤C)，根据希尔伯特变换变换后的电感电流交流分量i'_{Lf_ac}、输出电压交流分量v_{o_ac}与开关频率f_s，按如下公式计算输出滤波电容容值C：

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