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专利名称：一种在线测量与预测开关电源电容器esr值的方法
技术领域：
本发明属于电气状态监测与故障诊断工程领域，涉及一种在线测量与预测开关电源电容器ESR (等效串联电阻)值的方法。
背景技术：
开关电源的故障可以分为硬故障和软故障。硬故障是指导致电路拓扑发生变化的故障，软故障指由于电路中器件参数(电阻值、电感值、电容值及开关参数等)偏离正常值而导致的故障。软故障会降低系统的工作性能和安全性，影响输出性能指标，严重的会引发功率开关器件短路或开路，导致硬故障，从而造成严重的经济损失。目前在工程实践中电解电容器是开关电源电路中失效率最大的器件，因此对电容器的软故障特征参数进行提取并预测其未来值，是开关电源的故障预测与健康管理(Prognostics and HealthManagement, PHM)领域的技术热点。众多研究成果表明，电解电容器等效电路模型中的等效串联电阻(EquivalentSeries Resistance，ESR)是衡量电容器软故障特征的最好参数。目前对开关电源电容器ESR值的测量一般是采用离线式操作，测量时将开关电源停止工作，用LCR测试仪或电容器ESR专用表来测量电容器ESR值。这种测量一般是在产品出厂前用来进行质量检验，或者是在产品使用过程中不能正常工作时用来进行故障诊断。离线测量得到的电容器ESR值是静态的、单一的数据，对器件级、系统级故障诊断有参考价值，但是对故障预测的作用不大。若采用离线测量进行故障预测，则必须在多个不同的时刻点进行离线测量，得到一组数据，再利用各种预测算法对下一个时刻点的ESR值进行预测。因此离线测量技术带来的是离线预测技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种在线测量与预测开关电源电容器ESR值的方法，该方法可以用于在线预测开关电源电容器的软故障、估计电容器的剩余寿命，同时也可以用于实时和非实时测试系统。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为:
一种在线测量与预测开关电源电容器ESR值的方法，包括以下步骤:
1)采集开关电源电路的电信号，所述电信号为开关电源电路的可测试节点电压或者支路电流号；
2)计算所述电信号的时域积分值、频域指定谐波分量幅值及相位；
3)将所述时域积分值、频域指定谐波分量幅值及相位分别送入MATLAB/Simulink动态测量模型器中，计算得到两个相应的电容器ESR值，再由MATLAB/Simul ink动态测量模型器输出电容器ESR实际值；
4)将所述电容器ESR至少六个时刻点实际值送入MATLAB/Simulink动态预测模型器中，由MATLAB/Simulink动态预测模型器输出电容器ESR下一个时刻点预测值。
在所述步骤2)中，计算所述电信号的频域指定谐波分量幅值及相位，采用基2时析型快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)。在所述步骤3)中，由时域积分值计算电容器ESR值的公式为:
权利要求
1.一种在线测量与预测开关电源电容器ESR值的方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)采集开关电源电路的电信号，所述电信号为开关电源电路的可测试节点电压或者支路电流号； 2)计算所述电信号的时域积分值、频域指定谐波分量幅值及相位； 3)将所述时域积分值、频域指定谐波分量幅值及相位分别送入MATLAB/Simulink动态测量模型器中，计算得到两个相应的电容器ESR值，再由MATLAB/Simulink动态测量模型器输出电容器ESR实际值； 4)将所述电容器ESR至少六个时刻点实际值送入MATLAB/Simulink动态预测模型器中，由MATLAB/Simulink动态预测模型器输出电容器ESR下一个时刻点预测值。
2.根据权利要求1所述的在线测量与预测开关电源电容器ESR值方法，其特征在于，在所述步骤2)中，计算所述电信号的频域指定谐波分量幅值及相位，采用基2时析型快速傅里叶变换。
3.根据权利要求1所述的在线测量与预测开关电源电容器ESR值方法，其特征在于，在所述步骤3)中，由时域积分值计算电容器ESR值的公式为:
4.根据权利要求2所述的在线测量与预测开关电源电容器ESR值方法，其特征在于，在所述步骤3)中，由频域指定谐波分量幅值及相位计算电容器ESR值的公式为:
5.根据权利要求1所述的在线测量与预测开关电源电容器ESR值方法，其特征在于，在所述的步骤3)中由MATLAB/Simulink动态测量模型器输出电容器ESR实际值之前，对ESR的两个计算值进行数据融合，即对通过时域积分值计算电容器ESR值和通过频域指定谐波分量幅值及相位计算电容器ESR值进行数据融合，采用算术平均或加权平均处理，再将其结果作为当前电容器的ESR实际值。
6.根据权利要求5所述的在线测量与预测开关电源电容器ESR值方法，其特征在于，在所述的步骤4)中由MATLAB/Simulink动态预测模型器输出电容器ESR下一个时刻点预测值，采用MATLAB中的最小二乘支持向量机工具箱，并采用单步循环预测: 首先选择第I 6个时刻点的ESR实际值作为第一次训练样本，对第7个时刻点的ESR未来值进行预测；然后将第2 7个时刻点的ESR实际值作为第二次训练样本，对第8个时刻点的ESR未来值 进行预测；依此类推。
全文摘要
一种在线测量与预测开关电源电容器ESR值的方法，包括以下步骤1)采集开关电源电路的电信号；2)计算所述电信号的时域积分值、频域指定谐波分量幅值及相位；3)将时域积分值、频域指定谐波分量幅值及相位分别送入MATLAB/Simulink动态测量模型器中，计算得到两个相应的电容器ESR值，再由MATLAB/Simulink动态测量模型器输出电容器ESR实际值；4)将所述电容器ESR至少六个时刻点实际值送入MATLAB/Simulink动态预测模型器中，输出电容器ESR下一个时刻点预测值。本发明可用于在线预测开关电源电容器软故障、估计电容器剩余寿命，也可用于实时和非实时测试系统。
文档编号G01R27/08GK103235188SQ201310156909
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月2日 优先权日2013年5月2日
发明者何怡刚, 郑剑, 李中群, 罗旗舞, 于文新, 吴先明 申请人:合肥工业大学