反激pfc变换器输出电容esr和c的监测装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电能变换装置中的监测技术领域，特别是一种反激PFC变换器输出电 容ESR和C的监测装置及方法。
【背景技术】
[0002] 一般而言，大多数电子设备运行时所需要的是一定电压和功率的直流电，而 多数情况下，可供直接取电的市电是正弦交流电压，一般为220V/50HZ(航空领域为 115V/400化）。因此，需要将交流电经过一定的变换转变为直流电，W满足电子设备的需要。 其中，功率因数校正（PowerFactorCorrection，PFC)变换器，是采用电力电子电路，使输 入电流波形呈正弦，并且与输入电压同相位，W减小对电网的谐波污染。与此同时，它还使 输出电压相对稳定，为后级直流变换器提供相对稳定的直流输入电压。
[0003] 在PFC变换器中，由于输入功率是脉动的，而输出功率是平直的，因此需要储能电 容来平衡瞬时输入功率和输出功率。由于该功率脉动的频率较低，一般是输入电压频率的2 倍，因此所需的储能电容容值较大，同样定额的电压和容值情况下，电解电容的体积和成本 较其他种类的电容而言相对较小，所W通常选用电解电容作为储能电容。
[0004] 电解电容在使用过程中，随着电解液的挥发，电容值C会逐渐降低，而等效串联电 阻巧quivalentSeriesResistance,ESR)会逐渐增大，一般而言，同样温度条件下，当电解 电容的容值减小为初始值的80%，或ESR增大为初始值的2-3倍时，即可认为该电容已失 效，电解电容是电源中寿命最短的元器件。在各种PFC变换器中，单相BoostPFC变换器使 用最为广泛，但是目前技术无法实时监测BoostPFC变换器的输出滤波电容的ESR和C，也 无法预测预测电解电容和电源的寿命，而作为电子设备系统中重要的组成部分，电容的短 寿和失效会造成非常严重的后果，大致如下；1.中断整个系统的正常运行，造成巨大的不 良影响和损失，尤其是在生产运输、航空航天、军事国防等领域；2.电容的失效会产生"连 锁反应"，引起电源中其他元器件的损坏；3.更换元器件或修理电源费时费力，既影响生产 生活效率，也提高了成本；4.多数时候，仅仅由于电源的失效，就将整个电子设备重新更换 或丢弃，不仅造成巨大的成本提高和浪费，更产生了电子垃圾，造成环境污染。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种反激PFC变换器输出电容ESR和C的监测装置及方 法，能够实时监测等效串联电阻ESR和电容的容值C的变化，对电解电容和电源的寿命进行 准确预测。
[0006] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种反激PFC变换器输出电容ESR和C的监 测装置，包括FlybackPFC变换器主功率电路、驱动电路、显示单元和信号处理模块，所述信 号处理模块包括功率电路控制单元、输出功率P。采样单元、触发脉冲生成单元、直流母线电 压Ve触发采样单元、电容ESR和C计算单元；
[0007] 所述FlybackPFC变换器主功率电路包括输入交流电压源Vi。、Effl滤波器、整流 桥RB、变压器T、开关管Q、输出二极管D、输出滤波电容C。，所述输出滤波电容C。等效为电 阻ESR和电容C串联；其中输入电压源Vi。与Effl滤波器的输入端口连接，Effl滤波器的输 出端口与整流桥RB的输入端口连接，整流桥RB的输出负极为参考电位零点，变压器T原边 的一端与整流桥RB的输出正极连接，变压器T原边的另一端与开关管Q的漏极连接，开关 管Q的源极与整流桥RB的负极连接，变压器T副边的一端与输出二极管D的阳极连接，变 压器T副边的另一端为与原边隔离的参考电位零点，输出二极管D的阴极分别接入输出滤 波电容C。的阳极与负载电阻Ru的一端，输出滤波电容C。的阴极与负载电阻Ru的另一端均 连接到与原边隔离的参考电位；
[000引所述功率电路控制单元的输入端分别与FlybackPFC变换器主功率电路中整流 后的输入电压Vg、直流母线电压Ve和监测变压器原边电感电流Up的电流传感器输出端相 连接，功率电路控制单元的输出端接入驱动电路，驱动电路的输出端接入开关管Q的口极； FlybackPFC变换器主功率电路中整流后的输入电压Vg接入触发脉冲生成单元，直流母线 电压Vc和触发脉冲生成单元输出端的采样触发信号均接入直流母线电压Vc触发采样单元， FlybackPFC变换器主功率电路的输出电流I。和输出电压V。均接入输出功率P。采样单元， 直流母线电压Vc触发采样单元和输出功率P。采样单元的输出端均接入电容ESR和C计算 单元，电容ESR和C计算单元的输出端接入显示单元。
[0009] 进一步地，所述信号处理模块为DSP或单片机。
[0010] 进一步地，所述显示单元为1602液晶显示屏。
[0011] 一种反激PFC变换器输出电容ESR和C的监测方法，包括W下步骤：
[0012] 步骤1，在信号处理模块中创建功率电路控制单元、输出功率P。采样单元、触发脉 冲生成单元、直流母线电压Vc触发采样单元、电容ESR和C计算单元；
[0013] 步骤2,功率电路控制单元根据FlybackPFC变换器主功率电路整流后的输入电 压Vg、直流母线电压Ve和变压器原边电感电流i得到脉宽调制信号，经驱动电路驱动开关 管Q;
[0014] 步骤3,FlybackPFC变换器主功率电路整流电压Vg接入触发脉冲生成单元，得到 采样触发脉冲；
[0015] 步骤4,触发脉冲生成单元输出的采样触发信号和FlybackPFC变换器主功率电 路的直流母线电压Vc同时送入直流母线电压V C触发采样单元，得到直流母线电压的平均 值Ve和瞬时值V e(0)、Ve(n/4)，Ve(0)为整流电压Vg过零时刻对应的直流母线电压瞬时值， Ve( 31 /4)为整流电压Vg在31 /4时刻对应的直流母线电压瞬时值；
[0016] 步骤5,FlybackPFC变换器主功率电路的输出电流I。和输出电压V。即Vb送入输 出功率P。采样单元，处理得到输出功率P。；
[0017] 步骤6,将得到的输出功率P。^及直流母线电压的平均值Ve和瞬时值Ve(〇)、 VgO/4)送入电容