CN110222399B - 一种电源健康评估方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电源健康评估方法及装置，所述方法采集电源的输入数据及输出数据，根据输入数据和输出数据计算得到电源的转换率，并根据预设的健康度‑转换率函数及转换率，计算得到电源的健康度。该方法对参数检测的要求低，并且能够用于各类电源，更进一步地，可以在电源工作时，实时检测并评估电源的健康状态。

Description

一种电源健康评估方法及装置
技术领域
本发明涉及电源健康评估领域，具体而言，涉及一种电源健康评估方法及装置。
背景技术
现代社会中各类电子电气设备的正常运行都离不开可靠的电源，随着电力电子技术的发展，开关电源由于其转换率高、功率密度大、稳定性能好和体积重量小的优点得到广泛应用。开关电源利用现代电力电子技术，通过控制功率开关管开通的占空比，维持输出电压稳定，与传统的线性电源相比，有着明显的转换率优势。
DC/DC(直流转直流)开关电源作为众多电子电气设备的供电单元，往往是故障发生率最高、可靠性最低的组成部分之一，而其一旦发生故障，通常会直接造成整个电子电气设备无法工作，因此迫切需要对开关电源进行健康评估，为使用与维修保障管理提供支撑依据，降低其故障发生率。
发明内容
为了解决对电源健康状态的评估问题，本发明提供一种电源健康评估方法及装置。
为了实现上述目的，本发明实施例所提供的技术方案如下所示：
第一方面，本发明实施例提供一种电源健康评估方法，包括：采集步骤、处理步骤和评估步骤，采集步骤包括采集电源的输入数据及输出数据；处理步骤包括根据所述输入数据和所述输出数据计算得到所述电源的转换率；评估步骤包括根据预设的健康度-转换率函数及所述转换率，计算得到所述电源的健康度。
结合第一方面，在一些可能的实现方式中，输入数据包括输入功率，输出数据包括输出功率；所述健康度-转换率函数为：
Figure BDA0002077186680000021
其中，Ht为所述健康度，ηt为所述转换率，η0为初始转换率，ηfailure为临界转换率。
结合第一方面，在一些可能的实现方式中，处理步骤包括：计算所述输入数据和所述输出数据的比值，作为所述转换率。
结合第一方面，在一些可能的实现方式中，所述方法还包括：根据预设的健康状态-健康度函数，确定所述健康度对应的健康状态。
结合第一方面，在一些可能的实现方式中，在所述采集步骤中，采集一段时间内所述电源的输入数据和输出数据，在所述处理步骤中，计算该一段时间内所述输入数据和所述输出数据的平均值，并根据所述输入数据和所述输出数据的平均值计算得到所述电源的转换率。
结合第一方面，在一些可能的实现方式中，在所述采集步骤中，采集所述电源在多种负载情况下的输入数据和输出数据，在所述处理步骤中，计算多种负载情况下所述输入数据和所述输出数据的平均值，并根据所述输入数据和输出数据的平均值计算得到所述电源的转换率。
第二方面，本发明实施例还提供一种电源健康评估装置，包括：采集单元、处理单元和评估单元，其中，采集单元用于采集电源的输入数据及输出数据；处理单元用于根据所述输入数据和所述输出数据计算得到所述电源的转换率；评估单元用于根据预设的健康度-转换率函数及所述转换率，计算得到所述电源的健康度。
结合第二方面，在一些可能的实现方式中，评估单元还用于根据预设的健康状态-健康度函数，确定所述电源的健康度对应的健康状态。
结合第二方面，在一些可能的实现方式中，所述采集单元还用于采集一段时间内所述电源的输入数据和输出数据，处理单元还用于计算该一段时间内所述输入数据和所述输出数据的平均值，并根据所述输入数据和所述输出数据的平均值计算得到所述电源的转换率。
结合第二方面，在一些可能的实现方式中，采集单元还用于采集所述电源在多种负载情况下的输入数据和输出数据，处理单元还用于计算多种负载情况下所述输入数据和所述输出数据的平均值，并根据所述输入数据和输出数据的平均值计算得到所述电源的转换率。
本发明的有益效果包括：
通过采集电源的输入、输出数据，并经两个数据之比得到转换率，进而利用预设的健康度-转换率函数与转换率进行评估，以得到电源的健康度，该方法对参数检测的要求低，并且能够用于各类电源，更进一步地，可以在电源工作时，实时检测并评估电源的健康状态。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文举出本发明实施例，并配合所附附图，作详细说明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电源健康评估方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种电源健康评估情景的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种电源健康评估装置的功能框图。
图示：10-电源健康评估装置；11-采集单元；12-处理单元；13-评估单元。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
为了能够对电源进行健康评估，本发明提供一种电源健康评估方法，请参考图1，图1为本发明实施例提供的一种电源健康评估方法的流程示意图，所述方法包括：
步骤S101：采集步骤，采集电源的输入数据及输出数据；
步骤S102：处理步骤，根据所述输入数据和所述输出数据计算得到所述电源的转换率；
步骤S103：评估步骤，根据预设的健康度-转换率函数及所述转换率，计算得到所述电源的健康度。
其中，输入数据和输出数据可以为电源的输入电流值和输出电流值，也可以为电源的输入功率和输出功率等，本发明于此对其不作限制；转换率的计算方法可以为输入功率和输出功率之比，本发明于此对其同样不作限制。
将输入和输出两方面的数据作为参考特征，再利用预设的健康度-转换率函数对转换率进行评估，一方面可以实际反应电源中变换器的实际物理关系；另一方面，输入数据和输出数据也比较便于测量采集，工业应用通用性高，并可以在电源工作中实时进行健康评估。
具体的，本发明提供的电源健康评估方法主要针对于DC/DC开关电源，本领域技术人员知晓，开关电源的损耗大部分为导通损耗，在使用过程中，开关电源的功率损耗会逐渐增大，转换率逐渐减小，因而对开关电源的转换率进行检测和计算，可以实现对开关电源的健康评估。
采用电源的输入数据和输出数据作为退化特征参数，根据转换率计算电源的健康状态，该方法对参数检测的要求较低，通用性好，可以对电源开展在工作条件下的实时健康评估；而本实施例符合DC/DC开关电源的失效物理及退化特征，对参数监测要求较低(尤其是采样频率)，且通用性较好，可对单台DC/DC开关电源开展在工作状态下的实时健康评估。
可选的，输入数据和输出数据包括：输入功率和输出功率，健康度-转换率函数为：
Figure BDA0002077186680000061
其中，Ht为健康度，ηt为转换率，η0为初始转换率，ηfailure为预设的临界转换率。
具体的，输入功率和输出功率可以通过检测计算电源的输入电流、输入电压、输出电流和输出电压得到；η0可以在电源初次使用时，计算初次输入功率和初次输出功率，η0即为初次输出功率和初次输入功率之比，ηfailure为预先设定，可以根据电源使用场景等具体设定，本发明对此不作限制。
通过结合初始转换率与临界转换率，一同对电源健康状态进行评估，符合开关电源的失效物理及退化特征，对电源健康状况能够从初始和故障两方面综合评估。
可选的，在步骤S103后，上述方法还包括：根据预设健康状态分段间隔区间，确定健康度对应的健康状态。
具体的，如果只给出健康度数值，不容易让实际工作人员对电源健康直接进行分析，通过预设的健康状态-健康度函数，可以直接根据健康度，对电源健康状态进行判定，进而方便工作人员对电源进行相应处理。
可选的，一种健康状态-健康度函数为：
Figure BDA0002077186680000071
其中，St为健康状态，Ht为上述的健康度。具体的，公式中的0.3与0.7两个区间端点数值为本发明实施例提供的一种可参考数值，在其他实施例中，也可以设置其他区间端点数值，本发明对此不作限制。
在其他实施例中，可以设计更多细化的健康状态分段，如优良、较好、较差等，也可以采用其他的健康度数值区间，本发明对此不作限制。
可选的，在所述采集步骤中，采集一段时间内所述电源的输入数据和输出数据，在所述处理步骤中，计算该一段时间内所述输入数据和所述输出数据的平均值，并根据所述输入数据和所述输出数据的平均值计算得到所述电源的转换率。
可以选择采集一段时间电源的连续的输入数据和输出数据，并对数值进行平均，再计算健康度，可以避免电源使用中的一些异常信号对电源健康评估的影响，增加评估可靠性，但会增加评估复杂度。
可选的，也可以采集电源的瞬时信号中的输入数据和输出数据，能够再较短时间内尽快对电源进行评估，使得评估过程要求较低，而且更加方便。
可选的，步骤S101还包括：在采集步骤中，采集所述电源在多种负载情况下的输入数据和输出数据，在步骤S102中，计算多种负载情况下所述输入数据和所述输出数据的平均值，并根据所述输入数据和输出数据的平均值计算得到所述电源的转换率。
本领域技术人员知晓，接入不同的负载，电源的转换率可能会不相同，因此，采集多种预设负载情况下的工作数据，可以对电源在不同负载时的表现均进行参考评估，以防止电源在某一负载情况下时，出现异常，影响工作的情况，提高本发明提供的电源健康评估方法的稳定性。
为了使本领域技术人员更能全面地理解本发明实施例提供的电源健康评估方法，下面介绍一种电源健康评估的整体过程，以使本发明更易理解。请参考图2，图2为本发明实施例提供的一种电源健康评估情景的流程示意图。
在一种电源健康评估情景中，采集形式为连续信号的输入电压、电流和输出电压、电流作为输入数据和输出数据，并预设有临界转换率ηfailure；在电源初次使用时，采集该电源的输入电压、电流和输出电压、电流，并计算四个数值各自在连续时间段内的平均值，进而根据电功率公式，可以得到电源初次工作时的输入功率和输出功率，进而得到该电源的初始转换率η0；在之后的电源工作中，可假定此刻为t时刻，进而采集此时电源工作中的输入电压、电流和输出电压、电流，并计算四个数值各自在连续时间段内的平均值，可以得到电源此次工作时的输入功率和输出功率，进而得到该电源的t时刻的转换率ηt，进而可以根据上述健康度-转换率函数，得到t时刻电源的健康度Ht，并可以进一步根据健康状态分段间隔区间，得到电源的健康状态。
本发明还提供一种电源健康评估装置10，请参考图3，图3为本发明实施例提供的一种电源健康评估装置10的功能框图。装置10包括：采集单元11、处理单元12和评估单元13，采集单元11用于采集电源的输入数据及输出数据；处理单元12用于根据所述输入数据和所述输出数据计算得到所述电源的转换率；评估单元13用于根据预设的健康度-转换率函数及所述转换率，计算得到所述电源的健康度。
可选的，评估单元13评估单元还用于根据预设的健康状态-健康度函数，确定所述电源的健康度对应的健康状态。
可选的，采集单元11用于采集一段时间内所述电源的输入数据和输出数据，，所述处理单元12用于计算该一段时间内所述输入数据和所述输出数据的平均值，并根据所述输入数据和所述输出数据的平均值计算得到所述电源的转换率。
可选的，采集单元11用于采集所述电源在多种负载情况下的工作数据的输入数据和输出数据的平均值，所述处理单元12用于计算多种负载情况下所述输入数据和所述输出数据的平均值，并根据所述输入数据和输出数据的平均值计算得到所述电源的转换率。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置和方法的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电源健康评估方法，其特征在于，所述方法包括：
采集步骤，采集电源的输入数据及输出数据；
处理步骤，根据所述输入数据和所述输出数据计算得到所述电源的转换率；
评估步骤，根据预设的健康度-转换率函数及所述转换率，计算得到所述电源的健康度，
所述输入数据包括输入功率，所述输出数据包括输出功率；
所述健康度-转换率函数为：
Figure FDA0003874823000000011
其中，Ht为所述健康度，ηt为所述转换率，η0为初始转换率，ηfailure为临界转换率，
所述处理步骤包括：
计算所述输入数据和所述输出数据的比值，作为所述转换率。
2.根据权利要求1所述的电源健康评估方法，其特征在于，所述方法还包括：根据预设的健康状态-健康度函数，确定所述健康度对应的健康状态。
3.根据权利要求1或2所述的电源健康评估方法，其特征在于，在所述采集步骤中，采集一段时间内所述电源的输入数据和输出数据，在所述处理步骤中，计算该一段时间内所述输入数据和所述输出数据的平均值，并根据所述输入数据和所述输出数据的平均值计算得到所述电源的转换率。
4.根据权利要求1或2所述的电源健康评估方法，其特征在于，在所述采集步骤中，采集所述电源在多种负载情况下的输入数据和输出数据，在所述处理步骤中，计算多种负载情况下所述输入数据和所述输出数据的平均值，并根据所述输入数据和输出数据的平均值计算得到所述电源的转换率。
5.一种电源健康评估装置，其特征在于，所述装置包括：
采集单元，用于采集电源的输入数据及输出数据；
处理单元，用于根据所述输入数据和所述输出数据计算得到所述电源的转换率；
评估单元，用于根据预设的健康度-转换率函数及所述转换率，计算得到所述电源的健康度，
所述输入数据包括输入功率，所述输出数据包括输出功率；
所述健康度-转换率函数为：
Figure FDA0003874823000000021
其中，Ht为所述健康度，ηt为所述转换率，η0为初始转换率，ηfailure为临界转换率，
所述处理单元还用于计算所述输入数据和所述输出数据的比值，作为所述转换率。
6.根据权利要求5所述的电源健康评估装置，其特征在于，所述评估单元还用于根据预设的健康状态-健康度函数，确定所述电源的健康度对应的健康状态。
7.根据权利要求5或6所述的电源健康评估装置，其特征在于，所述采集单元还用于采集一段时间内所述电源的输入数据和输出数据，所述处理单元还用于计算该一段时间内所述输入数据和所述输出数据的平均值，并根据所述输入数据和所述输出数据的平均值计算得到所述电源的转换率。
8.根据权利要求5或6所述的电源健康评估装置，其特征在于，所述采集单元还用于采集所述电源在多种负载情况下的输入数据和输出数据，所述处理单元还用于计算多种负载情况下所述输入数据和所述输出数据的平均值，并根据所述输入数据和输出数据的平均值计算得到所述电源的转换率。
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