[发明专利]DCM反激变换器输出电容ESR和C的监测装置及方法

权利要求书

1.一种DCM反激变换器输出电容ESR和C的监测方法，其特征在于，基于的监测装置，包括Flyback变换器主功率电路(1)、驱动电路(3)、显示单元(11)、参数已知的并联输出滤波电容(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Dy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、变压器T、续流二极管D、变压器滤波电容和负载R_L；所述并联输出滤波电容(7)包括等效串联电阻ESRx和电容Cx，其中开关管Q的源极与电压源V_in的正极连接，漏极与变压器T的初级线圈带星端连接，续流二极管D的阳极与变压器的次级线圈非星端连接，续流二极管D的阴极与等效串联电阻ESRx、负载R_L的一端连接，等效串联电阻ESRx的另一端与电容Cx的一端连接，电容Cx的另一端、负载R_L的另一端均与次级线圈带星端连接，负载R_L两端为输出平均电压为V_o；

所述信号处理模块中的功率电路控制单元(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Dy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Dy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的门极；

包括以下步骤：

步骤1，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并联输出滤波电容(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Dy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)；

步骤2，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；

步骤3，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Dy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Dy计算单元(5)处理得出变换器当前的占空比Dy；

步骤4，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)，得到输出电压的平均值；

步骤5，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(DyT_s)、i_x[(1+DyT_s)/10]、i_x[(1+DyT_s)/5]、i_x[3(1+DyT_s)/10]、i_x[2(1+DyT_s)/5]、i_x[(1+DyT_s)/2]、i_x[3(1+DyT_s)/5]、i_x[7(1+DyT_s)/10]、i_x[4(1+DyT_s)/5]、i_x[9(1+DyT_s)/10]、i_x(T_s)共11个值；T_s为Flyback变换器的开关周期；D_y为变换器的占空比；

步骤6，将得到的开关频率f_s、占空比Dy、输出电压的平均值V_o以及电容电流的瞬时值i_x(DyT_s)、i_x[(1+DyT_s)/10]、i_x[(1+DyT_s)/5]、i_x[3(1+DyT_s)/10]、i_x[2(1+DyT_s)/5]、i_x[(1+DyT_s)/2]、i_x[3(1+DyT_s)/5]、i_x[7(1+DyT_s)/10]、i_x[4(1+DyT_s)/5]、i_x[9(1+DyT_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；

步骤7，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；

步骤6中所述ESR和C计算单元(10)曲线拟合方程如下：

求得X₁、X₂、X₃和i_Cx(0)；

接着按照步骤6中所述ESR和C计算单元(10)综合处理的公式如下：

式中，Ls为变压器次级线圈的感值，ESR为等效串联电阻的阻值，C为电容的容值，V_o为输出平均电压，ESRx为并联输出滤波电容(7)中等效串联电阻的阻值，Cx为并联输出滤波电容(7)中电容的容值，X₁、X₂、X₃为拟合曲线的参数。