[发明专利]CCM反激变换器输出电容的准在线监测装置及方法

权利要求书

1.一种CCM反激变换器输出电容的准在线监测装置，其特征在于，包括Flyback变换器主功率电路(1)、驱动电路(3)、显示单元(11)、参数已知的电容(7)、电流互感隔离放大单元(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f_s计算单元(4)、占空比D计算单元(5)、输出电压采样单元(6)、电容电流触发采样单元(9)、电容ESR和C计算单元(10)；

所述Flyback变换器主功率电路(1)包括输入电压源V_in、开关管Q_b、续流二极管D_b、耦合电感L、输出滤波电容和负载R_L，所述输出滤波电容包括等效串联电阻ESR和电容C，其中开关管Q_b的漏极与电压源V_in的正极连接，耦合电感L原边一端与开关管Q_b的漏极连接，耦合电感L副边的异名端与续流二极管D_b的阳极连接，耦合电感L原边另一端与电压源V_in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的一端及负载R_L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的另一端及负载R_L的另一端均与耦合电感L副边的同名端连接，负载R_L两端为输出平均电压V_o；

所述功率电路控制单元(2)的输入端分别与Flyback变换器主功率电路(1)的电压源V_in和输出平均电压V_o连接，功率电路控制单元(2)输出端的PWM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)，Flyback变换器主功率电路(1)的输出平均电压V_o接入输出电压采样单元(6)，电流互感隔离放大单元(8)和功率电路控制单元(2)输出端的PWM信号均接入电容电流触发采样单元(9)，开关频率f_s计算单元(4)、占空比D计算单元(5)、输出电压采样单元(6)和电容电流触发采样单元(9)的输出端均接入电容ESR和C计算单元(10)，电容ESR和C计算单元(10)的输出端接入显示单元(11)；

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Q_b的门极；

在Flyback变换器主功率电路(1)的输出端并联上一个参数已知的电容(7)，在信号处理模块中创建功率电路控制单元(2)、开关频率f_s计算单元(4)、占空比D计算单元(5)、输出电压采样单元(6)、电容电流触发采样单元(9)、电容ESR和C计算单元(10)；

信号处理模块的功率电路控制单元(2)采集Flyback变换器主功率电路(1)的输出平均电压V_o和输入电压V_in，得到PWM信号并经驱动电路(3)驱动开关管Q_b；

功率电路控制单元(2)输出的PWM信号送入开关频率f_s计算单元(4)和占空比D计算单元(5)，经开关频率f_s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；

Flyback变换器主功率电路(1)的输出平均电压V_o送入输出电压采样单元(6)，得到输出平均电压；

功率电路控制单元(2)输出的PWM信号和电流互感隔离放大单元(8)的电容电流i_x送入电容电流触发采样单元(9)，通过延时程序处理得到电容电流的瞬时值i_x(DT_s)、i_x[(1+9D)T_s/10]、i_x[(2+8D)T_s/10]、i_x[(3+7D)T_s/10]、i_x[(4+6D)T_s/10]、i_x[(5+5D)T_s/10]、i_x[(6+4D)T_s/10]、i_x[(7+3D)T_s/10]、i_x[(8+2D)T_s/10]、i_x[(9+D)T_s/10]、i_x(T_s)共11个值，T_s为变换器开关周期；

将得到的开关频率f_s、占空比D、输出平均电压V_o以及电容电流的瞬时值i_x(DT_s)、i_x[(1+9D)T_s/10]、i_x[(2+8D)T_s/10]、i_x[(3+7D)T_s/10]、i_x[(4+6D)T_s/10]、i_x[(5+5D)T_s/10]、i_x[(6+4D)T_s/10]、i_x[(7+3D)T_s/10]、i_x[(8+2D)T_s/10]、i_x[(9+D)T_s/10]、i_x(T_s)送入电容ESR和C计算单元(10)进行曲线拟合和综合处理，得到Flyback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；

电容ESR和C计算单元(10)将所得的等效串联电阻ESR和电容C的值送入显示单元(11)实时显示；

所述ESR和C计算单元(10)曲线拟合方程应该如下：

求得X₁、X₂、X₃和i_Cx(0)；i_Cx(0)为电容电流的初始瞬时值，t为时间；

ESR和C计算单元(10)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_s为耦合电感副边感值，V_o为输出平均电压，ESRx为所并联电容的等效串联电阻的阻值，Cx为所并联电容的容值，X₁、X₂、X₃为拟合曲线的参数。