一种无电流传感器的CCM Buck变换器输出电容ESR和C的在线监测方法

电解电容是电源系统中最易失效的元件,其性能参数的退化直接影响系统的可靠性,因此在线监测其等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)和电容值(capacitance,C)的变化十分关键。该文提出了一种新的非侵入式在线监测连续导通模式(continuous conduction mode,CCM)Buck变换器输出电容ESR和C的方法。通过分析输出电压交流分量,结合连续模式下的电容电流表达式,建立ESR和C的实时在线计算模型,设计了电解电容在线监测系统。该方案无需电流传感器,仅采样脉冲宽度调制(pulse-width modulation,PWM)信号和输出电压,不改变Buck变换器的电气结构,就可监测不同工作状态下的ESR和C,完成一台监测系统原理样机并进行实验,实验结果验证了所提方法的有效性。

考虑滤波电容ESR的Boost变换器输出纹波电压畸变机理及精确建模

Boost变换器由于受元件寄生参数的影响,输出纹波电压存在多种畸变波形,传统的忽略寄生参数的纹波电压波形分析结果单一,且误差较大,因此需要深入研究揭示纹波电压的畸变机理并建立较为精确的数学模型。研究发现开关变换器输出滤波电容的等效串联电阻(equivalentseries resistance,ESR)是引起输出纹波电压波形畸变及产生较大误差的主要原因。针对传统忽略ESR的Boost变换器输出纹波电压分析方法存在的问题,提出一种考虑滤波电容ESR的纹波电压建模方法,研究发现变换器工作在电感电流连续导电模式和不连续导电模式均存在5种类型纹波电压波形,并推导了不同模式下每种类型的输出纹波电压解析式。在此基础上进行了实验验证,实验结果验证了纹波电压畸变机理分析的正确性,同时表明建立的纹波电压数学模型具有较高的精度。

金属化安全膜电容器ESR计算

安全膜技术被广泛应用于金属化膜电容器上,为金属化膜电容器提供保护,可在一定程度上防止自愈失败现象的发生。对应用于交流或脉冲放电领域的金属化膜电容器,由于蒸镀的金属电极很薄,电极电阻较大,发热是其在工作中不可忽视的一个问题。目前,得到广泛应用的安全膜大体可分为T型和网格型。针对上述两种安全膜结构,对其ESR(等效串联电阻)进行计算,并将其与普通金属化膜进行对比,可为采用安全膜结构的电容器运行特性分析提供一定的参考。

超级电容器ESR的测试方法研究

等效串联内阻(ESR)是超级电容器的主要电气参数之一,是影响超级电容性能的一个重要因素,准确测量 ESR 对研究超级电容器的特性和应用具有重要意义。测量 ESR 的主要方法有利用放电电压的跃变计算 ESR、恒流充电法和时间常数法。本研究在对超级电容器等效模型进行分析和简化的基础上,利用超级电容器 RC 滤波电路的电压纹波计算出 ESR,经过仿真比较,该方法方便准确。

基于触发模式的Buck电路输出电容ESR在线监测方法

电解电容作为滤波电容,广泛应用于开关电源模块中,但其性能衰退一直是开关电源模块失效的主要原因。针对Buck型开关电源模块输出电解电容的性能变化,选取等效串联电阻(ESR)与电容量作为监测目标,提出了基于触发模式的输出电容ESR与电容量在线监测方法。该方法采用开关信号的上升与下降沿作为触发信号,利用输出电压采样,实现了串联电阻的计算,并通过试验系统验证了方法的有效性。提出的方法避免了对电感电流的测量,简化了触发电路结构,且不改变开关电源模块拓扑,提高了该方案应用的便捷性。

基于ESR的电解电容器在线故障诊断系统设计

ESR(等效串联电阻)是评估电解电容器健康状态的重要指标之一,而由于电解电容器结构特殊性,ESR值很难直接测量。为了实时监测电解电容器的健康状态,建立了电解电容器等效模型,分析并测试了ESR频率特性与温度特性,提出一种通过在线计算ESR评估电解电容器健康状态以实现在线故障诊断的方法。该方法将ESR实时计算值和初始值作比较,在同等工作条件下当前者相对于后者增加至一定数值时,可认为该电解电容器已失效,观测者可根据此机理及时进行更换处理。最后通过dSPACE半实物实验平台对新方法的有效性进行了实验验证。

考虑ESR的DC-DC型开关变换器的研究

电容的寄生参数串联等效电阻(ESR)是电容的一个重要参数,它对电路的性能有较大影响,特别是当电容用于DC-DC型开关变换器中输出电压滤波时对输出电压的纹波影响较大,由于电容的ESR存在,它增加了DC-DC型开关变换器动态小信号数学模型的一个零点,在分析和设计DC-DC型开关变换器系统中应予以重视。文中以Buck型开关变换器为例,分析讨论了电容串联等效电阻对Buck型开关变换器的输出纹波电压及动态小信号数学模型的影响,利用psim软件对所得的结论进行了仿真验证。所得到的结论对DC-DC型开关变换器其它拓扑的滤波电容的选择和控制系统设计有参考价值。

基于多特征融合的光伏组件老化程度自动检测研究

现行方法在光伏组件老化程度检测中的应用效果不理想,检测结果与实际情况一致性系数较低。针对现行方法存在的不足和缺陷,提出基于多特征融合的光伏组件老化程度自动检测研究。根据光伏组件老化环境下的输出特性,选择光生电流、等效串联电阻和并联电阻作为老化参数,提供标准测试并提取老化参数,通过融合光伏组件老化特征参数,量化老化程度,确定老化等级,以实现基于多特征融合的光伏组件老化程度的自动检测。实验证明,所提方法检测结果与实际情况的一致性系数在0.95以上,在光电工程检测领域具有良好的应用前景。

BUCK电源模块输出电容ESR在线检测电路设计

电解电容性能退化是电源失效的重要原因,等效串联电阻是电解电容状态的重要表征,因此在线监测等效串联电阻成为了开关电源健康监测的重要手段。提出了一种在线监测滤波电容等效串联电阻的方法,构建了BUCK电源等效串联电阻计算模型,设计了滤波电容在线监测电路,在不改变电路结构的情况下实现了对滤波电容的监测。

高频低ESR钽电解电容器制造技术的实验研究

分析了影响钽电解电容器等效串联电阻（ESR）的因素,通过阳极钽块设计、硝酸锰溶液改性、优化被膜工艺以及多芯并联等措施,提出了高频、低ESR钽电解电容器最佳制造工艺。试验表明,应用新工艺生产的钽电解电容器,其ESR值大约是通用产品ESR值的1/3-1/2,而且多芯并联钽电容器的电容量在100kHz范围内的变化量在20%以内,高频性能有很大改善。

COT控制Buck变换器仿ESR电压纹波技术研究

当输出电容等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)较小时,传统的固定导通时间(constant on-time,COT)控制的Buck变换器可能工作在不稳定的混沌状态。因此,文章提出COT控制的Buck变换器的仿ESR电压纹波(simulated voltage ripple,SVR)技术,通过构造与ESR电压纹波同步变化的纹波电压,并将此电压叠加到控制环路,实现了低ESR输出电容COT控制Buck变换器的稳定工作。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

基于无偏滤波算法的开关电源ESR在线监测技术

电解电容因具备成本低、容量大等优点而被大量地应用于开关电源中作为输出电容,但是电解电容的退化失效严重地影响了开关电源模块的可靠性。以等效串联电阻(ESR)作为电解电容退化的监控目标,提出了基于改进无偏有限冲击响应(UFIR)滤波器滤波算法的实时ESR评估方法。该方法采用有限响应滤波器模型,避免测量噪声特性建模,通过采用增益调节系数实现在不同工况条件下的快速切换。仿真结果表明:提出的方法在多种条件下呈现出较好的性能,并且在复杂条件下具有更强的鲁棒性,从而更加符合实际的应用需求。

单相AC-DC变换器直流回路电容ESR损耗分析

引起电解电容失效的因素包括极低温度、电容温升(焊接温度,环境温度,交流纹波)、过高电压、瞬时电压、甚高频或反偏压,其中温升是影响电解电容工作寿命的最大因素。在给出电解电容与薄膜电容等值电路基础上,仿真分析了几种AD-DC变换器后接电阻负载或电压源逆变器(VSI)-电动机负载时,直流回路电容等效串联电阻(ESR)的功耗状况。AD-DC变换器包括二极管不控整流器、单级APFC、两级交错APFC和三级交错APFC。定性地发现了ESR损耗的一些规律。

高频、低ESR钽电解电容器新工艺的开发

从阳极尺寸和结构设计、阴极被膜工艺改进,分析固体钽电容器的等效串联电阻(ESR)值的影响因素,提出了制造高频、低ESR值固体钽电解电容器的新工艺。投入10V/100μF、10V/470μF两种规格产品,结果表明:阳极块厚度控制在1.5～2.1mm时,同一规格产品具有最小体积,接触电阻r金更小;在硝酸锰溶液中添加强氧化剂和表面活性剂,制得的MnO2层的r解更低;同时采用多芯并联结构,能使固体钽电解电容器的ESR值降低到通用钽电容器的ESR值的1/3～1/2,且100kHz时电容量变化值小于20%。

一种MMC子模块电容ESR在线监测方法

模块化多电平变换器(MMC)子模块电容需要承受巨大的桥臂电流冲击,是系统中失效率最高的元件。等效串联电阻(ESR)是表征电容健康状态典型参数之一。通过对电容ESR进行监测,可对电容损耗、温升以及寿命进行估计,从而实现电容的预测性维护和替换,这对提升MMC系统电容的可靠性能有重要价值。在此基于MMC子模块电容电压的正负跳变特征,提出了电容ESR在线监测方法:通过检测子模块电容由于ESR存在导致的正负电压双跳变沿和流入子模块的桥臂电流计算出电容ESR;通过实验分析验证了所提方案的有效性。

基于电容ESR的升压变换器环路补偿研究

运用双极点双零点控制理论,设计了电压控制模式下升压变换器的补偿环路.通过选择在合适频率点处放置零极点来矫正系统的响应曲线,以达到增大相位裕度的目的.利用Cadence 16.6对所设计环路进行电路仿真,对比分析了补偿前后穿越频率点处的相位裕度和幅值.在负载电流跳变时,对不同输入电压下的输出电压稳定性进行仿真验证.结果表明,在受到负载突变干扰时,变换器能够在很短时间内恢复正常工作,满足宽范围输入电压的输出稳定性要求.

V^2C控制Buck变换器输出电容ESR临界值研究

针对输出电容等效串联电阻对变换器性能具有较大影响,以V^2C控制Buck变换器为例,建立了其分段线性模型,推导了Jacobi矩阵及其特征根,给出了变换器由稳定变为不稳定时ESR的临界值。研究结果表明,V^2C控制在V^2控制中引入电感电流反馈,增大了稳定工作范围。所得结论可以对分布式发电系统中DC-DC变换器设计和器件选型提供指导。

非平衡纯电阻电桥等效电阻的一种特殊计算

用分割电阻法构造出非平衡电阻电桥的特殊串联与并联组合的混联电路后,应用串、并联电路的电流特点和电压特点,巧妙导出了非平衡电阻电桥(非串联又非并联电阻组成的复杂电路)的等效电阻.

基于改进能量吸收电路的无刷双馈电机异步起动控制方法

在工业应用中,为了保证无刷双馈电机调速系统的经济性,控制侧一般采用小容量变频器,因此通常采用异步起动控制方法进行起动。现有起动控制策略和所需设备较为复杂,或者需要特定的电机结构才能实现。针对这些问题,该文提出一种改进能量吸收电路的调速系统拓扑。并基于无刷双馈电机同步-异步相串联等效电路对电机的异步起动转矩特性进行了分析,推导了新拓扑的等效串联电阻表达式。据此设计了无刷双馈电机定时间定导通比、定转速定导通比的异步起动控制方法,在不增加额外设备的基础上,实现了无刷双馈电机的异步起动控制。仿真和实验结果都证明了控制方法的可行性。该方法简化了无刷双馈电机异步起动控制算法的开发难度,有利于无刷双馈电机调速系统的推广。

利用RC充、放电过程测定电容值

相比于一些常见的电容测量方法,利用RC充、放电过程测定电容值具有装置简易,测量简便、准确等优点.并且通过改变方波信号源的频率可以满足一定范围电容值测量的需要.本文利用RC充、放电过程测定电容.首先,通过测量已知电容的RC电路时间常数建立C-τ定标曲线,然后,测量未知电容的电路时间常数求得电容值.最后,利用差减法估算出了电容的等效串联电阻值.实验结果表明,0.01μF至0.1μF范围内电容测量的相对误差小于3%.