CN110677056A - 具有电解电容器的电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种不间断电源***，其包括一输入，所述输入被配置为接收输入功率；一输出，所述输出被配置为向一负载提供输出功率；一电源转换电路，所述电源转换电路耦合至所述输入及所述输出；一电容器，所述电容器耦合至电源转换电路；以及一控制器，所述控制器耦合至所述电源转换电路。所述控制器被配置为确定一表示所述电容器的一等效串联电阻的第一值，基于所述第一值确定所述电容器是否符合至少一个标准，并且响应于确定相对的值符合所述至少一个标准而执行一个或多个动作以解决所述电容器的退化。

Description

具有电解电容器的电源装置
技术领域
根据本发明的至少一个示例一般涉及电容器分析。
背景技术
现今，电容器在电源装置中的使用，例如不间断电源，是众所皆知的。例如，某些电源装置可以实现电解电容器。电解电容器是极化电容器，其阳极由金属构成，例如铝、钽或铌。阳极放置于一固体或一非固体的电解质浴中，其表现为电容器的阴极。形成在阳极上的一绝缘氧化物层表现为一绝缘介电质。电解电容器易于最终失效，在本领域称为“干涸”。
发明内容
根据本发明的至少一个方面，提供了一种不间断电源***，其包含一输入，被配置为接收输入功率；一输出，被配置为向一负载提供输出功率；一电源转换电路，耦合至所述输入及所述输出；一电容器，耦合至所述电源转换电路；以及一控制器，耦合至所述电源转换电路。所述控制器被配置为：确定一第一值，所述第一值表示所述电容器的一等效串联电阻；基于所述第一值确定所述电容器是否符合至少一个标准；以及响应于确定相对的值符合所述至少一个标准，执行一个或多个动作以解决所述电容器的退化。
在一个实施例中，不间断电源***包含一滤波器，所述滤波器并联耦合于所述电容器。在一些实施例中，控制器被配置为：确定一第二值，所述第二值表示所述滤波器两端的一电压；并确定至少一个第三值，所述第三值表示通过所述电源转换电路的至少一个电流。在至少一个实施例中，所述控制器被配置为基于表示所述滤波器两端的所述电压的所述第二值以及基于表示通过所述电源转换电路的所述至少一个电流的所述至少一个第三值来确定表示所述电容器的所述等效串联电阻的所述第一值。
在一些实施例中，确定所述电容器符合所述至少一个标准包含确定所述至少一个标准超过一第一阈值。在一个实施例中，所述一个或多个动作包括向一用户通知所述电容器的退化。在至少一个实施例中，确定所述电容器符合所述至少一个标准包括确定所述至少一个标准超过一第二阈值。在一个实施例中，超过所述第二阈值包括确定所述第一值大于一基线值的至少四倍。在一些实施例中，一个或多个所述动作包括启动所述不间断电源***的一安全停机。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于检测一装置中的一电容器的性能退化的方法。所述方法包含步骤：确定一第一值，所述第一值表示所述电容器的一等效串联电阻；基于所述第一值确定所述电容器是否符合至少一个标准；以及响应于确定相对的值符合所述至少一个标准，执行一个或多个动作以解决所述电容器的退化。
在一些实施例中，确定表示所述电容器的所述等效串联电阻的所述第一值包括：确定所述电容器两端的一电压值；确定通过所述电容器的一电流值；以及基于所述电压值及所述电流值确定所述电容器的一阻抗。在一个实施例中，所述方法还包含步骤：确定多个值，所述多个值表示所述电容器的所述等效串联电阻；使用表示所述电容器的所述等效串联电阻的所述多个值产生一基线值；以及存储所述基线值。
在一个实施例中，所述方法还包含步骤：根据一环境温度对表示所述等效串联电阻的所述第一值进行归一化。在至少一个实施例中，确定所述电容器符合所述至少一个标准包括确定所述至少一个标准超过一第一阈值。在一些实施例中，超过所述第一阈值包括确定所述第一值大约是大于所述基线值的两倍。
在一些实施例中，所述一个或多个动作包括向一用户通知所述电容器的退化。在至少一个实施例中，确定所述电容器符合所述至少一个标准包括确定所述至少一个标准超过一第二阈值。在一个实施例中，超过所述第二阈值包括确定所述第一值大约是大于所述基线值的四倍。在至少一个实施例中，所述一个或多个动作包括启动所述设备的一安全停机。
根据一些方面，提供了一种不间断电源***。所述不间断电源***包含：一输入，被配置为接收输入功率；一输出，被配置为向一负载提供所述输入功率；一电源转换电路，耦合至所述输入及所述输出；一电容器，耦合至所述电源转换电路；以及一装置，用于检测所述电容器的退化。
附图说明
至少一个示例的各个方面将在下面参照附图进行讨论，其不旨在按比例绘制。附图被包括以提供各个方面及示例的图式及进一步的理解，并且并入本说明书并且构成本说明书的一部分，但并不旨在作为本发明的限制的定义。附图，与本说明书的其余部分一起用于解释所描述的及要求保护的方面及示例的原理及操作。在附图中，被在不同的附图中示出的每个相同或几乎相同的组件由相似的数字表示。为了清楚的目的，不是每一个组件在每一个附图中被标记。在附图中:
图1示出一电解电容器的一典型等效电路；
图2A示出一电容器的等效串联电阻(Equivalent Series Resistance,ESR)相对于时间的一图；
图2B示出一电容器的等效串联电阻相对于时间的一图；
图3示出根据一实施例的监视一电容器的一过程；
图4示出根据一实施例的一电容器的一频率响应的一图；
图5示出根据一实施例的一不间断电源的一方块图；以及
图6示出根据一实施例的多个电容器的等效串联电阻值相对于温度的一图。
具体实施方式
本文讨论的方法及***的示例不限于应用于以下描述中阐述的或附图中示出的构造的细节及部件的布置。所述方法及***能够在其他实施例中实现并且能够以各种方式实践或实施。本文提供的具体实现的示例仅用于说明性目的，而不是限制性的。特别地，结合任何一个或多个示例讨论的动作、组件、元件及特征并非旨在将被排除在任何其它示例中的类似作用之外。
此外，本文中所使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应该被视为限制。本文中以单数提到的任何对***及方法的示例、组件、元件或动作的引用也可以包括包括多个的实施例，并且本文中任何以复数对实施例、组件、元件或动作的引用也可以包括仅包括单个的示例。以单数或复数形式的引用并不旨在限制本发明所公开的***或方法、它们的组成部分、动作或元件。本文中“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”以及它们的变形的使用是指包括其后列出的项目及其等同物以及附加的项目。对“或”的引用可以被解释为包含的，以便任何使用“或”所描述的术语可以指示任何的单个的、不止一个的以及全部的所描述的术语。此外，如果本申请与通过引用并入本申请的文件之间的术语使用不一致，则经结合的特征中的术语使用是对本申请的补充。对于不可调和的差异，以本申请的使用为主。
与替代类型的传统电容器相比，电解电容器具有数个优点。例如，电解电容器比任何其他类型的传统电容器通常提供更大的每单位体积电容。电解电容器经常在实现在某些电源装置中(例如，一不间断电源，例如可从Schneider Electric SE获得的
Figure BDA0002116620380000041
PX UPS)，其中例如一高电容密度是有利的。
然而，如上所述，电解电容器可能在一段时间后干涸，这可能使电容器效率降低。例如，电容器可能过热并可能损坏或破坏所述电解电容器及实施所述电解电容器的装置。由于与电解电容器相关的潜在故障，因此能够检测及解决电容器的老化是有利的，使得一用户可以知道何时更换处于或接近其寿命终点的电解电容器。
然而，预测电解电容器剩余的寿命是困难的。电解电容器的寿命很大程度上取决于例如环境工作温度、工作条件(例如：电压应力及纹波电流)等因素以及制造时未知的其他因素。例如，在相对较高的环境温度环境中实现的设备中的电解电容器可能比在相对较低的环境温度环境中实现的设备中的电解电容器更快地失效。
鉴于前述内容，应当理解的是，实时计算一经预测的电解电容器的寿命以确定是否应该更换所述电容器将是有利的。在本文所述的至少一个实施例中，通过确定一电解电容器的等效串联电阻(Equivalent Series Resistance,ESR)来估计所述电解电容器的寿命。当电容器的等效串联电阻达到一特定值时(例如：在制造时使电容器的等效串联电阻加倍)，可以采取措施来防止所述电容器的故障。
图1示出一电解电容器100的一等效电路图。所述电解电容器100包括一等效串联电感102(Equivalent Series Inductance,ESL)、一等效串联电阻104及一理想电容器106。所述等效串联电感102、所述等效串联电阻104与所述理想电容器106是串联相耦合。所述等效串联电感102表示所述电解电容器100的一内部电感。所述等效串联电阻104表示所述电解电容器100的一内部电阻。所述理想电容器106表示所述电解电容器100的一理想电容。
随着所述电解电容器100老化，所述电解电容器100的物理性质可能改变。例如，所述等效串联电阻104的电阻会随着时间而增加。在一些实施例中，所述等效串联电阻104在一“产品寿命结束”时间(即：一装置设计者建议更换电解电容器的一时间)的值可以是在制造时所述等效串联电阻104的值的200％。
因此，可以将所述电解电容器100的剩余寿命与所述等效串联电阻104的值相关联。所述等效串联电阻104的值的增加可以是相对于时间的线性或非线性的。在一些示例中，在一相对长的时间周期内可能存在基本上可忽略的值的变化，并随后在一相对短的时间周期内，所述值发生一实质性变化。
图2A示出相对于时间的一电解电容器的一相对等效串联电阻值的一图200。例如，所述图200可以表示所述电解电容器100的所述等效串联电阻104。所述图200的水平轴表示一经过的时间。例如，所述经过的时间可以是自所述电容器安装在一装置中以来的总时间，或者自安装以来所述装置已经活化(例如：电活化)的总时间。
所述图200的垂直轴表示相对于一基线值的所述等效串联电阻104的实时值的一相对值，并以百分比表示。例如，当一实时值为100毫欧姆(mΩ)，以及所述基线值为50毫欧姆时，所述实时值为所述基线值的200％。所述基线值可以是在制造时从类似或相同的电容器计算的一固定的等效串联电阻值，或者可以是在制造或最初使用装置时确定的一校准值。
如图2A所示的示例中，所述电解电容器100的所述等效串联电阻104在最初的8,000小时内以一基本线性速率增加直至一时间t1202。在时间t1202时，所述电解电容器100的所述等效串联电阻104的相对值达到大约200％的一值并且开始以一基本指数速率增加。所述200％的相对值可以被视为是一阈值，之后由于所述电解电容器100故障，所述等效串联电阻104的值以一显着的速率增加。因此，如下面参照图3更详细地讨论的，当所述等效串联电阻104达到所述阈值时，所述电解电容器100可以被视为处于或接近产品寿命结束。在替代性的实施例中，所述电解电容器100可以在任何其他相对值被认为处于或接近产品寿命结束时。
图2B示出相对于时间一电解电容器的一相对等效串联电阻值的一图204。例如，所述图204可以表示所述电解电容器100的所述等效串联电阻104。所述图204基本上类似于所述图200，除了所述等效串联电阻104相对于时间以一不同的速率变化。
所述相对等效串联电阻值在一第一时间周期内基本上为恒定，直至一第一时间t1206。在所述第一时间t1206之后，所述相对等效串联电阻值开始以一基本线性速率增加，直至一第二时间t2208。在所述第二时间t2208之后，所述相对等效串联电阻值开始以一基本指数速率增加。在一第三时间t3210，所述电解电容器100的所述相对等效串联电阻值达到200％的一阈值。如上所述，所述阈值可以指示所述电解电容器100处于或接近一产品寿命结束时。
图3示出根据一实施例的用于监控一电解电容器的一方法300。在至少一个实施例中，所述方法300由一控制器执行，例如一不间断电源的一控制器。在动作302，所述方法300开始。在动作304，确定所述电解电容器的一等效串联电阻值，如以下更详细地讨论的。
在动作306，确定是否已经获取一基线等效串联电阻值。例如，所述控制器可以确定一基线等效串联电阻值是否存储在一本地存储器中。所述基线等效串联电阻值可能先前已由所述控制器确定，或者可能已从与经分析的电解电容器的类型相关的已知的多个基线值的一列表中获取(例如：自一电容器制造商处获取)。如果先前未存储一基线值(306否)，则所述方法300继续至动作308。
在动作308，存储在动作304经确定的所述等效串联电阻值。例如，所述等效串联电阻值可以存储在所述控制器可访问的一存储器(memory)或一存储器(storage)中。在动作310，确定所述基线值的校准是否完成。例如，在自获取一第一等效串联电阻值开始经过一指定的时间周期之后，或者在获取一门槛数量的等效串联电阻值之后，可以认为校准完成。
如果校准周期不完整(310否)，则所述方法300返回至动作304。重复动作304、306、308及310直至校准周期完成。在一些实施例中，在确定一后续等效串联电阻值之前引入延迟。如果校准周期完成(310是)，则所述方法300继续至动作312。
在动作312，确定并存储一基线值。例如，所述控制器可以确定在一校准周期内收集的所存储的多个等效串联电阻值的一平均值，并将所述平均值存储为一基线值。所述方法300继续至动作304，其中确定一新的等效串联电阻值，并且继续至动作306，其中确定是否已经存储一基线值。在一些实施例中，在确定一后续的等效串联电阻值之前引入一延迟。
响应于确定一基线值已被存储(306是)，所述方法300继续至动作314。在动作314，将在动作304确定的所述等效串联电阻值与经存储的基线值进行比较以产生一相对等效串联电阻值。例如，所述相对等效串联电阻值可以表示为百分比值。在动作316处，确定所述电容器是否符合至少一个标准。例如，所述标准可以包括超过一个或多个阈值(例如：200％、250％、400％等等)的所述电容器的所述相对等效串联电阻值。
如果所述电容器不符合至少一个标准(316否)，则所述方法返回至动作304。在一些实施例中，例如在所述标准与所述电容器的所述相对等效串联电阻值相关的情况下，在确定一后续的等效串联电阻值之前引入一延迟。否则，如果所述电容器符合至少一个标准(316是)，则所述方法300继续至动作318。
在动作318，所述控制器响应于所述电容器符合至少一个标准而执行一个或多个动作。例如，在一个实施例中，所述控制器可以实现三个相对等效串联电阻值的阈值。如果所述相对等效串联电阻值超过一第一阈值(例如：200％)，则所述控制器可以向至少一个用户发送一警告讯息以更换所述电解电容器。如果所述相对等效串联电阻值超过所述第一阈值及一第二阈值(例如：300％)，则所述控制器可以向至少一个用户发送另一个警告讯息，并通知所述用户所述电解电容器将在一段时间(例如：100小时)后自动停机。例如，所述控制器可以自动切换掉所述电解电容器并切换至一新的电解电容器，或者可以切断实现所述电解电容器的装置的电源。
如果所述相对等效串联电阻值超过所述第一阈值、所述第二阈值及一第三阈值(例如：400％)，则所述控制器可以向至少一个用户发送另一个警告讯息，并自动关闭所述电解电容器。例如，所述控制器可以自动切断实现所述电解电容器的装置的电源，或者可以切断所述电解电容器，并且在没有所述电解电容器的情况下继续运作。
在替代性的实施例中，所述控制器可以实现多于或少于三个阈值。例如，所述控制器可以在超过一第一阈值(例如：200％)之后将一警告讯息传送给一用户，并且可以在超过一第二个阈值(例如：400％)之后自动关闭实现有所述电解电容器的装置(例如：不间断电源)。在动作318处执行一个或多个动作之后，所述方法300返回至动作304。在一些实施例中，在一后续的等效串联电阻值被确定之前引入一延迟。
应当理解的是，上面标识的标准仅用于举例的目的，并且任何标准被指定。另外，响应于符合一个或多个标准而在动作318处执行的所标识的动作仅出于示例的目的。可以响应于符合一个或多个标准而采取任何一个动作或多个动作，并包括不采取动作。
现在将更详细地描述确定所述等效串联电阻104的值，如上面关于动作304所讨论的。如上所述，所述等效串联电感102、所述等效串联电阻104及所述理想电容器106表示所述电解电容器100的一等效电路，并且非实体的分立元件。因此，因为所述等效串联电阻104不是一分立电阻器，所以可以不通过传统方法直接测量所述等效串联电阻104的值，例如通过一欧姆计的实施。
然而，所述等效串联电阻104的值可以从作为整体的所述电解电容器100获得的多个测量值导出。如本领域普通技术人员将理解的，所述电解电容器100中的多个等效构件的阻抗值由式(1)-(4)控制：
ZESR＝RESR (1)
Figure BDA0002116620380000101
ZESL＝2ΠfL (3)
Ztotal＝ZESR+ZC+ZESL (4)
其中ZESR是所述等效串联电阻104的阻抗，RESR是所述等效串联电阻104的电阻，ZC是所述理想电容器106的阻抗，C是所述理想电容器106的电容，f是施加至所述电解电容器100的一信号的频率，ZESL是所述等效串联电感102的阻抗，L是所述等效串联电感102的电感，以及Ztotal是所述电解电容器100的阻抗。
图4示出在一定频率范围内的一示例性的电容器的ZESR、ZC、ZESL及Ztotal的值的一图400。所述图400包括一ZESR描迹402、一ZC描迹404、一ZESL描迹406及一Ztotal描迹408。所述ZESR描迹402表示所述等效串联电阻104的阻抗的一值。所述Zc描迹404表示所述理想电容器106的阻抗的一值。所述ZESL描迹406表示所述等效串联电感102的阻抗的一值。所述Ztotal描迹408表示所述电解电容器100的阻抗的一值。
所述图400的垂直轴表示所述电解电容器100的阻抗。所述图400的水平轴表示提供给所述电解电容器100的一信号的一频率。例如，所述信号可以是提供给所述电解电容器100的一电压信号。
在一第一频率范围410上，所述第一频率范围410大约自10千赫延伸至100千赫，所述理想电容器106的阻抗及所述等效串联电感102的阻抗近似为零，如ZC描迹404及ZESL描迹406所示。如式(4)所示，当ZESL及ZC近似为零时，Ztotal大致等于ZESR。因此，如果提供给所述电解电容器100的信号的频率在所述第一频率范围410内，则可以通过测量所述可以被直接测量的电解电容器100的阻抗，即Ztotal，来估计ZESR。
例如，在某些模块化不间断电源***中实现所述电解电容器的情况下，所述模块化不间断电源***可以在大约16千赫-40千赫的一开关频率下操作，其在所述第一频率范围410内。因为Ztotal是在所述第一频率范围410内的一基本的电阻性负载(即，因为Ztotal的无功部分近似为零，并且电压波形与电流波形近似同相)，因此Ztotal的值可以使用式(6)来测量，
Figure BDA0002116620380000111
其中V是施加至所述电解电容器100的电压，I是通过所述电解电容器100的电流。因此，在上述示例性不间断电源中实现所述电解电容器100的情况下，所述等效串联电阻104的值可在所述不间断电源操作时通过测量所述电解电容器100两端的电压及通过电解电容器100的电流来估计。
在一些实施例中，所述等效串联电阻104的计算可以基于施加至所述电解电容器100的电压及通过所述电解电容器100的电流的值而被跳过。例如，通过所述电解电容器100的电流可能很小以至于难以或不可能计算所述等效串联电阻104(例如：当前值为零的情况)。因此，在一些实施例中，在计算所述等效串联电阻104之前，可能需要符合电流及/或电压标准(例如：一最小电流阈值)。
图5示出根据一实施例的一不间断电源500的一方块图。所述不间断电源500包括电力转换电路502及一控制器504。所述电源转换电路502被配置为耦合至多个输入线506、多个输出线508及一电池510，并且被配置为通信地耦合至所述控制器504。所述控制器504被配置为通信地耦合至所述电源转换电路502。在一些实施例中，所述电池510是所述电源转换电路502的一部分，并且在其他实施例中，所述电源转换电路502被配置为耦合至所述电池510。
所述电源转换电路502包括一功率因数校正整流器512、一电池接口514、一逆变器516、一滤波器526、一第一电解电容器518及一第二电解电容器520。所述功率因数校正整流器512被配置为耦合至所述多个输入线506、所述电池接口514、所述逆变器516、所述滤波器526、所述第一电解电容器518及所述第二电解电容器520。所述电池接口514被配置为耦合至所述电池510、所述功率因数校正整流器512、所述逆变器516、所述滤波器526、所述第一电解电容器518及所述第二电解电容器520。
所述逆变器516被配置为耦合至所述多个输出线508、所述功率因数校正整流器512、所述电池接口514、所述滤波器526、所述第一电解电容器518及所述第二电解电容器520。所述滤波器526耦合至所述功率因数校正整流器512、所述电池接口514、所述逆变器516、所述第一电解电容器518及第二电解电容器520。所述第一电解电容器518被配置为耦合到所述功率因数校正整流器512、所述电池接口514、所述逆变器516、所述滤波器526及所述第二电解电容器520。所述第二电解电容器520被配置为耦合至所述功率因数校正整流器512、所述电池接口514、所述逆变器516、所述滤波器526及所述第一电解电容器518。
在操作中，所述电源转换电路502通常被配置为在所述多个输入线506处接收交流电流(Alternating Current,AC)输入电源，并向所述多个输出线508提供不间断的电源。所述控制器504自所述电源转换电路502接收多个测量信号，并基于所述多个测量信号控制所述电源转换电路502。例如，所述多个测量信号可以是经收集的电流或电压信号，以分析在所述多个输入线506处接收的电源的一电源质量。
如果所述控制器504确定由在所述多个输入线506的所述电源转换电路502接收的所述AC输入电源的质量是可接受的(即，具有在一阈值范围内的电源质量参数)，则所述控制器504启动一正常操作模式。否则，如果所述控制器504确定由在所述多个输入线506的所述电源转换电路502接收的所述AC输入电源的质量是不可接受的(即，具有在所述阈值范围之外的电源质量参数)，则所述控制器504启动一备援操作模式。
在所述正常操作模式中，所述控制器504通过向所述AC输入电源提供功率因数校正并整流所述AC输入电源来控制所述功率因数校正整流器512以调节在所述多个输入线506处接收的所述AC输入电源。所述功率因数校正整流器512将经调节的直流电流(Directcurrent,DC)电源提供给所述电池接口514、所述逆变器516、所述第一电解电容器518及所述第二电解电容器520。
所述电池接口514接收所述经调节的DC电源，将所述经调节的DC电源转换为一不同的DC电压电平，并基于从所述控制器504接收的多个控制信号利用所述经转换的DC电源对所述电池510充电。所述逆变器516接收所述经调节的DC电源，将所述经调节的DC电源转换为AC电源，并基于从所述控制器504接收的多个控制信号将所述AC电源提供给所述多个输出线508。所述滤波器526可包括例如至少一个隔直流电容器。所述第一电解电容器518及所述第二电解电容器520在所述功率因数校正整流器512与所述逆变器516之间提供一DC链及负载平衡。
在所述备援操作模式中，所述功率因数校正整流器512不调节AC输入电源或向任何组件514-520提供电源，因为没有可接受的AC输入电源可用。所述电池接口514从所述电池510汲取DC电源，将所述DC电源转换为一不同的电压电平，并且基于从所述控制器504接收的多个控制信号将所述转换的DC电源提供给所述逆变器516、所述第一电解电容器518及所述第二电解电容器520。
所述逆变器516接收所述经转换的DC电源，将所述经转换的DC电源转换为AC电源，并基于从所述控制器504接收的多个控制信号将AC电源提供给所述多个输出线508。所述滤波器526滤除多个低频信号。所述第一电解电容器518及所述第二电解电容器520在所述电池接口514与所述逆变器516之间提供一DC链及负载平衡。在一些实施例中，在所述正常操作模式中，可以基于来自AC输入及电池电量提供输出电源。
在至少一个实施例中，如现在将描述的，所述不间断电源500被配置为估计所述第一电解电容器518的寿命及/或所述第二电解电容器520的寿命。所述第一电解电容器518基本上类似于如上讨论的所述电解电容器100，因为可以通过计算所述第一电解电容器518的所述等效串联电阻的值来估计所述第一电解电容器518的寿命。在至少一个示例中，所述电源转换电路502以大约16千赫-40千赫的一开关频率操作，其在如上讨论的所述第一频率范围410内。因此，可以使用通过所述第一电解电容器518的电流及所述第一电解电容器518两端的电压的值，使用上面的式(6)计算所述第一电解电容器518的所述等效串联电阻的值。
为了计算通过所述第一电解电容器518的电流，在所述电源转换电路502中标记多个电流是有用的。所述功率因数校正整流器512提供一功率因数校正电流IPFC518。所述电池接口514接收一转换器电流Iconverter520。所述逆变器516接收一逆变器电流Iinverter522。所述第一电解电容器518接收一电容器电流Icapacitor524。所述滤波器526接收一可忽略的电流，至少因为所述滤波器526大致表现为没有一瞬态事件的一开路。应用基尔霍夫电路定律，所述电容器电流Icapacitor524可以如下计算，
IPFC＝Iconverter+Iinverter+Icapacitor (7)
上式可以重新排列以产生等式,
Icapacitor＝IPFC-Iinverter-Iconverter (8)
在一些实施例中，所述功率因数校正整流器512、所述电池接口514及所述逆变器516包括多个电流传感器(例如：霍尔效应传感器)，所述多个电流传感器感测所述功率因数校正电流IPFC518、所述转换器电流Iconverter520及所述逆变器电流Iinverter522，并将多个经测量的电流值提供给所述控制器504。因此，可以通过将所述多个经感测到的电流值***式(8)来计算所述电容器电流Icapacitor524。
为了计算所述第一电解电容器518两端的电压，计算所述滤波器526两端的一电压。因为所述滤波器526被配置为与所述第一电解电容器518并联耦合，因此所述隔直流电容器两端的电压与所述第一电解电容器518两端的电压基本相同。因此，在所述隔直流电容器对AC信号进行滤波之后测量的AC电压可以被传送到所述控制器504，以确定所述第一电解电容器518两端的AC电压。
响应于接收通过所述第一电解电容器518的所述电流值及所述第一电解电容器518两端的电压值，所述控制器504能够使用式(6)计算所述第一电解电容器518的所述等效串联电阻。类似的原理适用于计算所述第二电解电容器520的等效串联电阻。
现在将提供一个示例，其中所述控制器504执行所述方法300以分析所述第一电解电容器518。在动作302，所述方法300开始。在动作304，所述控制器504使用式(6)确定所述第一电解电容器518的一等效串联电阻值。所述控制器504轮询所述功率因数校正整流器512、所述电池接口514、所述逆变器516及所述滤波器526以确定式(6)的多个输入值，包括通过所述第一电解电容器518的电流及所述第一电解电容器518两端的电压。
在动作306，所述控制器504确定一基线值是否已被存储。例如，所述控制器504可以轮询一存储器以确定先前是否已经从多个基线值的一列表计算或获得一基线值并将其存储在所述存储器中。如果不是(306否)，则在动作308，所述控制器504将在动作304确定的所述等效串联电阻值存储在一存储器中，并且所述方法300继续至动作310。
在动作310，所述控制器504确定一校准周期是否已经完成。例如，所述控制器504可以确定自所述第一电解电容器518实施以来是否已经过了一指定的时间的周期(例如：一周)。如果所述校准周期尚未完成(310否)，则所述方法300返回至动作304，并且重复动作304-310。如果校准周期已经完成(310是)，则所述方法300继续至动作312。
在动作312，确定并存储所述基线值。例如，确定所述基线值可以包括对在整个所述校准周期中经确定及存储的多个所述等效串联电阻值进行平均。所述方法300继续至动作304，其中确定一等效串联电阻值，并且继续至动作306，其中确定是否已经存储一基线值。如果已存储一基线值(306是)，则所述方法继续至动作314。
在动作314，所述控制器504将在动作304确定的所述等效串联电阻值与经存储的所述基线值进行比较，以产生一相对的等效串联电阻值。例如，经存储的基线值可以是大约55毫欧姆，并且在动作304处确定的所述等效串联电阻值可以是大约116毫欧姆。因此，在所述相对的等效串联电阻值以一百分比表示的情况下，所述控制器504可以确定所述相对的等效串联电阻值约为211％。
在动作316，所述控制器504确定是否已符合至少一个相对等效串联电阻值标准。例如，所述控制器504可以确定所述相对等效串联电阻值是否超过一第一阈值(200％)、一第二阈值(300％)或一第三阈值(400％)。在其他实施例中，所述控制器504可以参考具有任何相关值的任何数量的阈值。
如果所述控制器504确定没有超过(多个)阈值(316否)，则所述方法300返回到动作304。如果所述控制器504确定所述相对等效串联电阻值超过至少一个阈值(316是)，则所述方法300继续动作318。例如，继续上述示例，所述211％的相对等效串联电阻值超过所述第一阈值(200％)，但未超过所述第二阈值(300％)或所述第三阈值(400％)。
在动作318，所述控制器504响应于超过的至少一个阈值而执行一个或多个动作。例如，如果所述控制器504确定仅超过一第一阈值，则所述控制器504可以通知一用户应该尽快更换所述第一电解电容器518。如果所述控制器504确定已经超过所述第一阈值及所述第二阈值，则所述控制器504可以通知一用户应该立即更换所述第一电解电容器518。所述控制器504还可以在一指定的时间区间之后自动关闭所述电源转换电路502的一些或所有组件。如果所述控制器504确定已经超过所述第一阈值、所述第二阈值及所述第三阈值，则所述控制器504可以自动启动所述电源转换电路502的一安全停机以避免所述第一电解电容器518的故障。所述方法300返回至动作304。
在一些示例中，在动作304处确定连续的多个等效串联电阻值之间可能存在一延迟。例如，所述控制器504可以每天一次、每周一次、每月一次或任何其他时间区间确定一等效串联电阻值。在替代性的实施例中，所述控制器504可以根据所述第一电解电容器518的状态动态地确定多个等效串联电阻值。例如，如果所述控制器504确定所述第一电解电容器518接近一产品寿命结束，则所述控制器504可以增加经确定的所述第一电解电容器518的一等效串联电阻值的速率。
在一些实施例中，所述控制器504可以在动作316处采用滞后来确定是否已经超过一阈值。例如，在确定所述第一电解电容器518的等效串联电阻实际符合一个或多个标准之前，所述控制器504可以要求至少三个连续的相对等效串联电阻值符合一个或多个标准。采用滞后允许所述控制器504滤除可能不准确反映所述第一电解电容器518的状态的瞬态值。
在一些示例中，基于环境温度对在动作304处确定的所述等效串联电阻值进行归一化。如上所述，一电解电容器的等效串联电阻值根据环境温度而变化。因此，考虑环境温度以准确地解释一电解电容器的等效串联电阻可能是有利的。
图6示出作为环境温度的一函数的等效串联电阻的一图600。所述图600包括一第一电解电容器描迹602，所述第一电解电容器描迹602表示一第一类型的一第一电解电容器；以及一第二电解电容器描迹604，所述第二电解电容器描迹604指示一第二类型的一第二电解电容器。所述图600的横轴表示一电解电容器的一环境温度。所述图600的纵轴表示一电解电容器的一等效串联电阻值的一标量调节系数。
例如，如所述第一电解电容器描迹602所示，在10℃下的所述第一类型的所述第一电解电容器的一等效串联电阻值约为在23℃下的所述第一类电解电容器的所述等效串联电阻值的两倍。因此，应当理解的是，可以针对环境温度调节在上面的动作304处确定的所述等效串联电阻值，以确定一电解电容器的等效串联电阻值的一变化是否是由于所述电解电容器的状态，或由于所述电解电容器的环境温度。
在所述控制器504例如被配置为实现基于温度的等效串联电阻归一化的情况下，所述控制器504可以接收指示特定于各种电解电容器模型的温度引起的等效串联电阻波动的信息。在替代性的实施例中，所述控制器504可以经历一温度校准过程，由此所述控制器504测量一电解电容器对各种环境温度的响应。可以应用类似的基于温度的调节，其中例如所述电解电容器的温度受到所述电解电容器的操作的影响(例如：由于存在一纹波电流而升温)。
在一些实施例中，通过所述第一电解电容器518的电流的测量与所述第一电解电容器518两端的电压的测量为同步，使得所述测量大致同时执行。在替代性的实施例中，在指示所述电解电容器两端的电压的一个或多个测量值与指示通过所述电解电容器的一电流的一个或多个测量值之间可存在一延迟。所述延迟可能是有意或无意的。
例如，在一个实施例中，在获取一电解电容器电压测量值与获取用于计算通过所述电解电容器的一电流的一个或多个电流测量值之间可能存在大约1微秒的一延迟。可以通过计算一个或多个电压或电流值的一变化率来补偿所述延迟，并基于所述变化率调整所述多个值。例如，可以计算一个或多个电流测量值的变化率，并且基于所述变化率、所述延迟及一个或多个电流测量值的值，可以执行一调整后的电流计算，以确定执行电压测量时经测量的电流的一值。
应当理解的是，已经提供了一种通过一控制器计算一电解电容器(例如，在不间断电源中实现的一电解电容器)的一等效串联电阻值的方法。所述等效串联电阻值可以与所述电解电容器的寿命相关联，使得在发生危险故障之前可以检测到即将发生的电解电容器故障。如果检测到即将发生的电解电容器故障，则可以响应于此采取许多动作。例如，响应动作包括通知一用户、自动更换电解电容器，或者断电安装有所述电解电容器的装置，从而减轻或避免电解电容器的危险故障。
所述方法可以在对现有电源装置结构的最小修改的情况下执行，因此可以以最小的成本实现。例如，关于上面讨论的所述不间断电源500、所述功率因数校正整流器、所述电池接口514及所述逆变器516可以已经包括电流传感器以将反馈信号传送至所述控制器504，以便于控制所述电源转换电路502，并且所述不间断电源500可以已经包括与所述第一电解电容器518及第二电解电容器520中的一个或两个相对应的电压传感器，以将反馈信号传送到所述控制器504。例如，不间断电源中的电流及电压监控技术在WIPO公开号：WO2015/084337，标题为IMPROVEMENT OF INVERTER REGULATION描述，其全部内容通过引用并入于此。类似地，所述滤波器526可以是被配置为阻挡DC信号的一预先存在的组件。在一些示例中，所述控制器504可以包括一附加的模数转换器输入，以便于将所述滤波器526两端的一电压测量值传递至所述控制器504。
尽管前述示例中的一些提供响应于超过一阈值的一相对值而执行的一个或多个动作，然而在替代性的实施例中，可以响应于符合多个标准之一来执行一个或多个动作。例如，可以响应于符合不与一基线值进行比较的一特定值，例如：100毫欧姆的一等效串联电阻值来执行一个或多个动作。在一替代性的示例中，可以响应于一等效串联电阻值或一相对等效串联电阻值低于一特定的阈值来执行一个或多个动作。
此外，尽管前面的讨论及附图包括结合第一及第二电解电容器执行的多个动作，但是可以在与前述讨论相关的任何配置中使用任何数量的电容器。例如，所述第一电解电容器518可以由并联连接的两个或更多个电容器代替。在八个电容器并联连接的示例中，经测量的阻抗表示并联配置的阻抗，从所述阻抗可以推断出各个电容(即，为并联配置的阻抗的1/8)。
在一些示例中，所述控制器504可以包括一个或多个处理器或其他类型的控制器。所述控制器504可在一处理器上执行本文所讨论的功能的一部分，并且使用为了执行特定操作而定制的一专用集成电路(ASIC)来执行另一部分。根据本发明的示例可以使用硬件及软件的许多特定组合来执行本文描述的操作，并且本发明不限于硬件及软件组件的任何特定组合。所述控制器504可以包括或者可以通信地耦合至一非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质被配置为存储多个指令，当所述多个指令经所述控制器504执行时，使得所述控制器504执行以上关于图3所讨论的一个或多个动作。
在一些实施例中，所述控制器504可以耦合至一显示器、一存储元件及一个或多个输入/输出模块。例如，响应于经由所述输入/输出模块从一用户接收的命令，所述控制器504可以将一等效串联电阻分析的结果传送至显示器，使得一用户可以查看所述分析的结果。所述控制器504还可以或可选地将所述分析结果存储在存储元件中以供后续检索。
据此，已经描述了本发明的至少一个实施例的几个方面，应当理解的是，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改及改进。这些改变、修改及改进旨在成为本公开的一部分，并且旨在落入本发明的精神及范围内。因此，前面的描述和附图仅是示例性的。

Claims (20)

1.一种不间断电源***，其特征在于：所述不间断电源***包含：
一输入，被配置为接收输入功率；
一输出，被配置为向一负载提供输出功率；
一电源转换电路，耦合至所述输入及所述输出；
一电容器，耦合至所述电源转换电路；以及
一控制器，耦合至所述电源转换电路，所述控制器被配置为：
确定一第一值，所述第一值表示所述电容器的一等效串联电阻；
基于所述第一值确定所述电容器是否符合至少一个标准；以及
响应于确定相对的值符合所述至少一个标准，执行一个或多个动作以解决所述电容器的退化。
2.如权利要求1所述的不间断电源***，其特征在于：还包含一滤波器，所述滤波器并联耦合于所述电容器。
3.如权利要求2所述的不间断电源***，其特征在于：所述控制器被配置为：确定一第二值，所述第二值表示所述滤波器两端的一电压；并确定至少一个第三值，所述第三值表示通过所述电源转换电路的至少一个电流。
4.如权利要求3所述的不间断电源***，其特征在于：所述控制器被配置为基于表示所述滤波器两端的所述电压的所述第二值以及基于表示通过所述电源转换电路的所述至少一个电流的所述至少一个第三值来确定表示所述电容器的所述等效串联电阻的所述第一值。
5.如权利要求1所述的不间断电源***，其特征在于：确定所述电容器符合所述至少一个标准包括确定所述至少一个标准超过一第一阈值。
6.如权利要求5所述的不间断电源***，其特征在于：所述一个或多个动作包括向一用户通知所述电容器的退化。
7.如权利要求5所述的不间断电源***，其特征在于：确定所述电容器符合所述至少一个标准包括确定所述至少一个标准超过一第二阈值。
8.如权利要求7所述的不间断电源***，其特征在于：超过所述第二阈值包括确定所述第一值大于一基线值的至少四倍。
9.如权利要求7所述的不间断电源***，其特征在于：一个或多个所述动作包括启动所述不间断电源***的一安全停机。
10.一种用于检测一装置中的一电容器的性能退化的方法，其特征在于：所述方法包含步骤：
确定一第一值，所述第一值表示所述电容器的一等效串联电阻；
基于所述第一值确定所述电容器是否符合至少一个标准；以及
响应于确定相对的值符合所述至少一个标准，执行一个或多个动作以解决所述电容器的退化。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于：确定表示所述电容器的所述等效串联电阻的所述第一值包括：
确定所述电容器两端的一电压值；
确定通过所述电容器的一电流值；以及
基于所述电压值及所述电流值确定所述电容器的一阻抗。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于：所述方法还包含步骤：
确定多个值，所述多个值表示所述电容器的所述等效串联电阻；
使用表示所述电容器的所述等效串联电阻的所述多个值产生一基线值；以及
存储所述基线值。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于：所述方法还包含步骤：
根据一环境温度对表示所述等效串联电阻的所述第一值进行归一化。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于：确定所述电容器符合所述至少一个标准包括确定所述至少一个标准超过一第一阈值。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于：超过所述第一阈值包括确定所述第一值大约是大于所述基线值的两倍。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于：所述一个或多个动作包括向一用户通知所述电容器的退化。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于：确定所述电容器符合所述至少一个标准包括确定所述至少一个标准超过一第二阈值。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于：超过所述第二阈值包括确定所述第一值大约是大于所述基线值的四倍。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于：所述一个或多个动作包括启动所述设备的一安全停机。
20.一种不间断电源***，其特征在于：所述不间断电源***包含：
一输入，被配置为接收输入功率；
一输出，被配置为向一负载提供所述输入功率；
一电源转换电路，耦合至所述输入及所述输出；
一电容器，耦合至所述电源转换电路；以及
一装置，用于检测所述电容器的退化。
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