CN106908666A - 一种Boost电路及其输出电容ESR监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Boost电路及其输出电容ESR监测方法，Boost电路包括输入电压源、滤波电感、滤波电容及滤波电容等效串联电阻、功率开关器件、续流二极管和负载。对其输出电容ESR进行监测时，首先采样Boost电路中电感电流、输出电压；然后对采集的电感电流以及输出电压数据进行去噪；接着从去噪后的数据中获取功率开关器件关断时刻输出电压的突变量以及关断时刻电感电流的值；最后根据获取的功率开关器件关断时刻输出电压的突变量以及关断时刻电感电流值计算电容当前ESR的值。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，为电容的状态监测提供依据。

Description

一种Boost电路及其输出电容ESR监测方法

技术领域

本发明涉及一种电路故障特征参数的辨识方法，尤其是一种Boost电路及其输出电容ESR监测方法。

背景技术

电力电子技术的应用可大大提高电能变换装置功率密度，减小体积和重量。随着多电和全电飞机的发展，飞机用电量不断增加，机载电力电子设备越来越多，因此对机载电力电子变换装置的可靠性、可维护性及可测试性提出了更高的要求，电力电子***的故障预测与健康管理技术(PHM)的重要性也随之提高。

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。变换器工作一段时间后，电容的等效串联电阻(ESR)会增大，当增大到一定值时，即可人为该电容已经失效，电容的失效将会造成变换器以及***的运行故障。Boost变换器在直直变流、PFC功率因数校正等领域被广泛使用，因此监测Boost变换器输出滤波电容的ESR对于监测其运行状态至关重要。然而，现有的Boost变换器输出电容ESR监测方法计算过程复杂，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，因而无法实现对电解电容ESR的精确监测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种Boost电路及其输出电容ESR监测方法，能够实时监测等效串联电阻ESR的变化，对电解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Boost电路，包括输入电压源V_in、滤波电感L_f、滤波电容C_f及其等效串联电阻ESR、续流二极管D、功率开关器件Q和负载R_L；

所述的负载为阻性、感性或变换器类的负载；

所述输入电压源V_in负极接地、正极和所述滤波电感L_f的一端相连；

所述滤波电感L_f的另一端分别和功率开关器件Q的漏极、二极管D的阳极相连；

所述二极管D的阴极分别和所述等效串联电阻ESR的一端、负载R_L的一端相连；

所述等效串联电阻ESR的另一端和所述滤波电容C_f的一端相连；

所述功率开关器件Q的源极、负载R_L的另一端、所述滤波电容C_f的另一端均接地。

作为本发明一种Boost电路进一步的优化方法，所述的功率开关器件是MOSFET或IGBT。

本发明还公开了一种基于该Boost电路的输出电容ESR的监测方法，包括以下步骤：

步骤A)，采样所述Boost电路中电感电流、输出电压；

步骤B)，对采集到的电感电流和输出电压数据进行去噪处理；

步骤C)，判断所述负载R_L为阻性负载、感性负载、还是变换器类的负载；

步骤C.1)，若负载R_L为阻性负载：

步骤C.1.1)，从去噪后的数据中获取Boost电路中功率开关器件关断时输出电压的突变量ΔU_{o_off}和电感电流的值I_{Lf_off}；

步骤C.1.2)，根据以下公式计算Boost电路中滤波电容的等效串联电阻值ESR：

式中，R_L为Boost电路中负载电阻值；

步骤C.2)，若负载R_L为感性负载；

步骤C.2.1)，从去噪后的数据中获取Boost电路中功率开关器件关断时输出电压的突变量ΔU_{o_off}和电感电流的值I_{Lf_off}；

步骤C.2.2)，根据以下公式计算Boost电路中滤波电容的等效串联电阻值ESR：

步骤C.3)，若负载R_L为变换器类的负载；

步骤C.3.1)，在功率开关器件关断时负载R_L的开关管不进行开关的前提下，从去噪后的数据中获取Boost电路中功率开关器件关断时输出电压的突变量ΔU_{o_off}和电感电流的值I_{Lf_off}；

步骤C.1.2)，根据以下公式计算Boost电路中滤波电容的等效串联电阻值ESR：

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、电感电流双环控制的Boost电路，本发明无需引入新的采样点；

4.本发明适用于其他具有升压功能的变换器；

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

附图说明

图1为本发明中输出电容ESR监测方法的示意图；

图2为本发明Boost电路中负载为阻性时的工作波形图。

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：

如图1所示，本发明公开了一种Boost电路，包括输入电压源V_in、滤波电感L_f、滤波电容C_f及其等效串联电阻ESR、续流二极管D、功率开关器件Q和负载R_L；

所述的负载为阻性、感性或变换器类的负载；

所述输入电压源V_in负极接地、正极和所述滤波电感L_f的一端相连；

所述滤波电感L_f的另一端分别和功率开关器件Q的漏极、二极管D的阳极相连；

所述二极管D的阴极分别和所述等效串联电阻ESR的一端、负载R_L的一端相连；

所述等效串联电阻ESR的另一端和所述滤波电容C_f的一端相连；

所述功率开关器件Q的源极、负载R_L的另一端、所述滤波电容C_f的另一端均接地。

作为本发明一种Boost电路进一步的优化方法，所述的功率开关器件是MOSFET或IGBT。

本发明还公开了一种基于该Boost电路的输出电容ESR的监测方法，包括以下步骤：

步骤A)，采样所述Boost电路中电感电流、输出电压；

步骤B)，对采集到的电感电流和输出电压数据进行去噪处理；

步骤C)，判断所述负载R_L为阻性负载、感性负载、还是变换器类的负载；

步骤C.1)，若负载R_L为阻性负载：

步骤C.1.1)，从去噪后的数据中获取Boost电路中功率开关器件关断时输出电压的突变量ΔU_{o_off}和电感电流的值I_{Lf_off}；

步骤C.1.2)，根据以下公式计算Boost电路中滤波电容的等效串联电阻值ESR：

式中，R_L为Boost电路中负载电阻值；

步骤C.2)，若负载R_L为感性负载；

步骤C.2.1)，从去噪后的数据中获取Boost电路中功率开关器件关断时输出电压的突变量ΔU_{o_off}和电感电流的值I_{Lf_off}；

步骤C.2.2)，根据以下公式计算Boost电路中滤波电容的等效串联电阻值ESR：

步骤C.3)，若负载R_L为变换器类的负载；

步骤C.3.1)，在功率开关器件关断时负载R_L的开关管不进行开关的前提下，从去噪后的数据中获取Boost电路中功率开关器件关断时输出电压的突变量ΔU_{o_off}和电感电流的值I_{Lf_off}；

步骤C.1.2)，根据以下公式计算Boost电路中滤波电容的等效串联电阻值ESR：

图2为本发明中的Boost电路中负载为阻性时的工作波形图。

本发明提供的Boost电路及其输出电容ESR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。本发明所提供的在线辨识方法电路简单，在不增加电子元器件的基础上，提高了识别精度。

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 (3)

1.一种Boost电路，其特征在于，包括输入电压源V_in、滤波电感L_f、滤波电容C_f及其等效串联电阻ESR、续流二极管D、功率开关器件Q和负载R_L；

所述的负载为阻性、感性或变换器类的负载；

所述输入电压源V_in负极接地、正极和所述滤波电感L_f的一端相连；

所述滤波电感L_f的另一端分别和功率开关器件Q的漏极、二极管D的阳极相连；

所述二极管D的阴极分别和所述等效串联电阻ESR的一端、负载R_L的一端相连；

所述等效串联电阻ESR的另一端和所述滤波电容C_f的一端相连；

所述功率开关器件Q的源极、负载R_L的另一端、所述滤波电容C_f的另一端均接地。

2.根据权利要求1所述Boost电路，其特征在于，所述的功率开关器件是MOSFET或IGBT。

3.基于权利要求1所述Boost电路的输出电容ESR的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A)，采样所述Boost电路中电感电流、输出电压；

步骤B)，对采集到的电感电流和输出电压数据进行去噪处理；

步骤C)，判断所述负载R_L为阻性负载、感性负载、还是变换器类的负载；

步骤C.1)，若负载R_L为阻性负载：

步骤C.1.1)，从去噪后的数据中获取Boost电路中功率开关器件关断时输出电压的突变量ΔU_{o_off}和电感电流的值I_{Lf_off}；

步骤C.1.2)，根据以下公式计算Boost电路中滤波电容的等效串联电阻值ESR：

$ESR=\frac{R_L\·\frac{{\mathrm{\ΔU}}_{o\_off}}{I_{Lf\_off}}}{R_L-\frac{{\mathrm{\ΔU}}_{o\_off}}{I_{Lf\_off}}}$

式中，R_L为Boost电路中负载电阻值；

步骤C.2)，若负载R_L为感性负载；

步骤C.2.1)，从去噪后的数据中获取Boost电路中功率开关器件关断时输出电压的突变量ΔU_{o_off}和电感电流的值I_{Lf_off}；

步骤C.2.2)，根据以下公式计算Boost电路中滤波电容的等效串联电阻值ESR：

$ESR=\frac{{\mathrm{\ΔU}}_{o\_off}}{I_{Lf\_off}};$

步骤C.3)，若负载R_L为变换器类的负载；

步骤C.3.1)，在功率开关器件关断时负载R_L的开关管不进行开关的前提下，从去噪后的数据中获取Boost电路中功率开关器件关断时输出电压的突变量ΔU_{o_off}和电感电流的值I_{Lf_off}；

步骤C.1.2)，根据以下公式计算Boost电路中滤波电容的等效串联电阻值ESR：

$ESR=\frac{{\mathrm{\ΔU}}_{o\_off}}{I_{Lf\_off}}.$