比，以())为PWM信号 上升沿时刻对应的瞬时输出电压，
信号上升沿和下降沿之间的中点时刻对 应的瞬时输出电压，
信号下降沿和上升沿之间的中点时刻对应的瞬时输出 电压。
[0049] 基于式（12)，可以得到CCM Boost变换器输出滤波电容ESR和C的监测方法。
[0050] 2、本发明CCM升压变换器输出电容ESR和C的监测装置及方法
[0051] 结合图2,本发明CCM升压变换器输出电容ESR和C的监测装置，包括Boost变换 器主功率电路1、驱动电路3、显示单元8和信号处理模块，所述信号处理模块包括功率电路 控制单元2、开关频率:^计算单元4、占空比D计算单元5、输出电压触发采样单元6、电容 ESR和C计算单元7 ;
[0052] 所述Boost变换器主功率电路1包括输入电压源Vin、开关管Qb、续流二极管D b、滤 波电感L、输出滤波电容和负载&，所述输出滤波电容包括等效串联电阻ESR和电容C，其中 滤波电感L的一端与电压源V in的正极连接，滤波电感L的另一端分别与开关管Q b的漏极、 续流二极管Db的阳极连接，开关管Q b的源极与电压源V ιη的负极连接，续流二极管D b的阴 极与等效串联电阻ESR、负载&连接，等效串联电阻ESR的另一端与电容C的一端连接，电 容C的另一端、负载&的另一端均与电压源V ιη的负极连接，负载I两端为输出电压V ^
[0053] 所述功率电路控制单元2的输入端分别与Boost变换器主功率电路1的电压源Vin 和输出电压v。连接，功率电路控制单元2输出端的PffM信号分别接入开关频率f 3计算单元 4和占空比D计算单元5, Boost变换器主功率电路1的输出电压V。和功率电路控制单元2 输出端的PWM信号均接入输出电压触发采样单元6,开关频率匕计算单元4、占空比D计算 单元5、输出电压触发采样单元6的输出端均接入电容ESR和C计算单元7,电容ESR和C 计算单元7的输出端接入显示单元8 ;所述驱动电路3的输入端与功率电路控制单元2输出 端的PWM信号连接，驱动电路3的输出端接入开关管Qb的门极。所述信号处理模块为DSP 芯片TMS320F28335 ;所述显示单元8为1602液晶显示屏。
[0054] 基于本发明CCM升压变换器输出电容ESR和C的监测装置的监测方法，包括以下 步骤：
[0055] 步骤1，在信号处理模块中创建功率电路控制单元2、开关频率匕计算单元4、占空 比D计算单元5、输出电压触发采样单元6、电容ESR和电容量C计算单元7 ;
[0056] 步骤2,信号处理模块的功率电路控制单元2采集Boost变换器主功率电路1的输 出电压v。和输入电压V ιη，得到PffM信号并经驱动电路3驱动开关管Q ;
[0057] 步骤3,功率电路控制单元2输出的PffM信号送入开关频率:^计算单元4和占空 比D计算单元5,经开关频率匕计算单元4处理得出变换器当前的开关频率f s，经占空比D 计算单元5处理得出变换器当前的占空比D ;
[0058] 步骤4,功率电路控制单元2输出的PffM信号和Boost变换器主功率电路1的输出 电压V。同时送入输出电压触发采样单元6,经输出电压触发采样单元6处理得到输出电压 的瞬时值化(〇)、以\[(H_D)T、/2]和输出电压的平均值V ci;
[0059] 步骤5,将得到的开关频率fs、占空比D、以及输出电压的瞬时值&(〇)、瓦（DTs/2)、 ffl[(l+D)Ts/2]和输出电压的平均值Vci送入电容ESR和C计算单元7进行综合处理，根据公 式（11)得到Boost变换器中输出滤波电容当前电容C的值，根据公式（12)得到Boost变 换器中输出滤波电容当前等效串联电阻ESR的值；
[0060] 步骤6,电容ESR和C计算单元7将所得的等效串联电阻ESR和电容C的值送入显 示单元8实时显示。
[0061] 本发明针对CCM Boost变换器的输出滤波电容，设计出一种高效稳定的输出滤波 电容等效串联电阻ESR和电容C的在线监测装置及方法，该方法可以在不影响电路正常工 作的情况下对电容的参数ESR和C进行监测，为电容和电源的寿命预测提供依据，并且无需 电容电流检测部分，方便实现，具有重要的实际应用价值。
【主权项】
1. 一种CCM升压变换器输出电容ESR和C的监测装置，其特征在于，包括Boost变换器 主功率电路（1)、驱动电路（3)、显示单元（8)和信号处理模块，所述信号处理模块包括功率 电路控制单元（2)、开关频率:^计算单元（4)、占空比D计算单元（5)、输出电压触发采样单 元（6)、电容ESR和C计算单元（7); 所述Boost变换器主功率电路（1)包括输入电压源Vin、开关管Qb、续流二极管D b、滤波 电感L、输出滤波电容和负载&，所述输出滤波电容包括等效串联电阻ESR和电容C，其中滤 波电感L的一端与电压源Vin的正极连接，滤波电感L的另一端分别与开关管Q b的漏级、续 流二极管Db的阳极连接，开关管Q b的源极与电压源V ιη的负极连接，续流二极管D b的阴极 分别与等效串联电阻ESR的一端、负载&的一端连接，等效串联电阻ESR的另一端与电容C 的一端连接，电容C的另一端、负载&的另一端均与电压源V ιη的负极连接，负载L两端为 输出电压V。； 所述功率电路控制单元（2)的输入端分别与Boost变换器主功率电路（1)的输入电压 源Vin和输出电压V。连接，功率电路控制单元（2)输出端的PffM信号分别接入开关频率f s计算单元（4)和占空比D计算单元（5)，Boost变换器主功率电路（1)的输出电压v。和功 率电路控制单元（2)输出端的PffM信号均接入输出电压触发采样单元(6)，开关频率匕计 算单元（4)、占空比D计算单元（5)、输出电压触发采样单元（6)的输出端均接入电容ESR 和C计算单元（7)，电容ESR和C计算单元（7)的输出端接入显示单元（8); 所述驱动电路（3)的输入端与功率电路控制单元（2)输出端的PffM信号连接，驱动电 路（3)的输出端接入开关管Qb的门极。2. 根据权利要求1所述的CCM升压变换器输出电容ESR和C的监测装置，其特征在于， 所述信号处理模块为DSP芯片TMS320F28335。3. 根据权利要求1所述的CCM升压变换器输出电容ESR和C的监测装置，其特征在于， 所述显示单元（8)为1602液晶显示屏。4. 一种CCM升压变换器输出电容ESR和C的监测方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，在信号处理模块中创建功率电路控制单元（2)、开关频率匕计算单元（4)、占空 比D计算单元（5)、输出电压触发采样单元（6)、电容ESR和电容量C计算单元（7); 步骤2,信号处理模块的功率电路控制单元（2)采集Boost变换器主功率电路（1)的输 出电压v。和输入电压源Vin，得到PffM信号并经驱动电路（3)驱动开关管Qb; 步骤3,功率电路控制单元（2)输出的PffM信号送入开关频率匕计算单元（4)和占空 比D计算单元（5)，经开关频率匕计算单元（4)处理得出变换器当前的开关频率fs，经占空 比D计算单元（5)处理得出变换器当前的占空比D ; 步骤4,功率电路控制单元（2)输出的PffM信号和Boost变换器主功率电路（1)的 输出电压v。同时送入输出电压触发米样单兀（6)，经输出电压触发米样单兀（6)处理 得到输出电压的瞬时值DT、/2)、iU(l+D)T\;/2]和输出电压的平均值V。;其中 Ts为变换器开关周期，D为变换器的占空比，「',(〇)为PffM信号上升沿时刻对应的瞬时输 出电〗丨、:，W D1V2)为PWM信号上升沿和下降沿之间的中点时刻对应的瞬时输出电压， I [:(? +D) 7；/2]为PWM信号下降沿和上升沿之间的中点时刻对应的瞬时输出电压； 步骤5,将得到的开关频率fs、占空比D、以及输出电压的瞬时值化(〇)、K DTV2)、 P,,[(l+D)T、/2和输出电压的平均值Vci送入电容ESR和c计算单元⑵进行综合处理，得到 Boost变换器中输出滤波电容当前等效串联电阻ESR和电容C的值； 步骤6,电容ESR和C计算单元（7)将所得的等效串联电阻ESR和电容C的值送入显示 单元（8)实时显示。5.根据权利要求4所述的CCM升压变换器输出电容ESR和C的监测方法，其特征在于， 步骤5中所述ESR和C计算单元（7)综合处理的公式如下：式中，ESR为等效串联电阻的阻值，C为电容的容值，L为电感值，fs为变换器开关频率， Ts为变换器开关周期，V ^为输出电压平均值，D为变换器的占空比，免(〇)为PffM信号上升沿 〇τ 时刻对应的瞬时输出电压，为PWM信号上升沿和下降沿之间的中点时刻对应的瞬 时输出电压，i 为PWM信号下降沿和上升沿之间的中点时刻对应的瞬时输出电压。
【专利摘要】本发明公开了一种CCM升压变换器输出电容ESR和C的监测装置及方法。该装置包括boost变换器主功率电路、驱动电路、显示单元和信号处理模块，其中信号处理模块包括功率电路控制单元、开关频率fs计算单元、占空比D计算单元、输出电压触发采样单元、电容ESR和C计算单元；该方法为通过检测开关管的PWM驱动脉冲信号，经占空比D计算单元得到占空比，经开关频率fs计算单元得到变换器的开关频率，输出电压触发采样单元一方面检测输出电压平均值，另一方面触发采样得到输出电压的瞬时值，将上述数据送入电容ESR和C计算单元，得到boost变换器中输出滤波电容当前ESR和C的值。本发明无需电流传感器，不影响变换器的正常工作，为电容和电源的寿命预测提供依据。
【IPC分类】G01R27/26, H02M3/10, G01R27/02
【公开号】CN105158580
【申请号】CN201510624865
【发明人】周世林, 姚凯, 曹诚, 韩旭芝, 杨思文
【申请人】南京理工大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月25日