résumé

Condensateur électrolytique en tant que condensateur de filtrage, sont largement utilisées dans la commutation module de puissance, mais la raison principale de module d'alimentation électrique de commutation de dégradation des performances a échoué. module d'alimentation de commutation Buck change la puissance de sortie de condensateurs électrolytiques, la sélection de la résistance équivalente série (ESR) et de la capacité en tant que cible de contrôle, proposé pour le procédé de surveillance condensateur de sortie VS et la capacité de ligne sur la base du mode de déclenchement. Ce procédé utilise fronts montant et descendant du signal de commutation en tant que signal de déclenchement, en utilisant la tension de sortie d'échantillonnage, pour obtenir une résistance série calculée, et par le système de test afin de vérifier la validité de la méthode. La méthode proposée permet d'éviter l'inducteur mesure de courant, ce qui simplifie la structure du circuit flip-flop, sans modifier la topologie de commutation module d'alimentation en énergie, ce qui améliore la commodité du programme d'application.

format de citation chinois: Gao Jun, l'écliptique, le condensateur de sortie Lu Jiafeng ligne ESR suivi basé sur le mode de déclenchement de circuit Buck Technologie électronique, 2019,45 (2): 120-123,128.

Anglais format de citation: Gao Jun, Huang Daoping, Lu Jiafeng. Trigger basé sur le moniteur en ligne ESR condensateur de sortie de convertisseur abaisseur . Application de la technique électronique, 2019,45 (2): 120-123,128.

0 introduction

Ces dernières années, grâce à la forte demande du marché, la commutation d'alimentation a été largement utilisé. Alimentation à découpage est la base de l'appareil électronique au travail, est le coeur du système électronique. Commutation fiabilité des garanties du module d'alimentation est importante pour la stabilité du système. Condensateur électrolytique élément entier du système d'alimentation en énergie de commutation de sortie dans le taux d'échec élevé, plus de 60% des pannes d'alimentation de commutation sont causés par une défaillance du condensateur électrolytique par la sortie du . Electrolytic vie du condensateur est limité et beaucoup plus petite que le système d'alimentation en énergie de commutation dans d'autres régions, au cours de la dégradation croissante de la performance du condensateur électrolytique, jusqu'à provoquer une défaillance du système. Par conséquent, l'étude des condensateurs électrolytiques dans la dégradation des performances du système d'alimentation, indiquer clairement sa performance, un suivi efficace, afin d'éviter les effets de la défaillance du condensateur électrolytique causé par la garantie de la fiabilité du système d'information électronique d'une grande importance. Le principal condensateur électrolytique de dégradation caractérisée par ses réduites valeurs de résistance et de capacité équivalente série (résistance série équivalente, ESR) augmente, le calcul ESR et de capacité des condensateurs électrolytiques est important d'analyser l'état du module d'alimentation de commutation .

Afin d'être en mesure de contrôler la valeur de capacité et des condensateurs électrolytiques ESR en ligne, les chercheurs nationaux et étrangers ont proposé une variété de méthodes de calcul. La méthode traditionnelle consistant à insérer le circuit de surveillance de capteur inducteur ligne en cours et la collecte tension de sortie et courant inducteur, et un procédé de calcul de corrélation proposée. En utilisant l'acquisition courant et de tension, Buiatti G M est proposé de réaliser une ESR de calcul de régression simplifiée, mais l'algorithme est sensible à des facteurs de bruit, les fluctuations de mesure. LEITE A V T filtre de Kalman (Kalman) pour l'analyse de données, pour réaliser un calcul de l'ESR lisse. Cependant, le filtre de Kalman pour estimer le paramètre modèle de bruit plus grande précision, et l'inversion de matrice peut se produire au cours de matrice pathologique. ALGREER M et les moindres carrés itératif prédicteur FIR pour analyser l'évolution de la ESR, l'algorithme pour le circuit de commande de rétroaction, une mauvaise précision de l'estimation de l'ESR. Ces programmes en raison de l'insertion du capteur de courant inductif, le module de changement de topologie de circuit de puissance et une grande quantité de calculs ESR.

Afin d'éviter des modifications de la topologie du circuit, Lahyani A proposée en utilisant le filtre, l'obtention d'une amplitude de signal à une fréquence spécifique par la conception du filtre de sortie de façon à calculer la variation de la ESR du condensateur de sortie, les exigences du programme pour la conception du filtre coût élevé du plus grand circuit. Yao Kai et programme de surveillance de ligne ESR est proposé un capteur de non-courant, la tension de sortie du temps de l'échantillon de programme 0 et N / 2 est le temps d'analyser l'état du condensateur de sortie. Cependant, en raison du signal de déclenchement sélectionné le temps D / 2, la nécessité de concevoir un circuit en fonction du devoir de diverses modifications. Bien que la méthode d'évaluation de ESR a été plus, mais ces méthodes en termes d'élimination du bruit et la facilité d'utilisation sont encore insuffisantes.

Cet article présente une nouvelle méthode de contrôle ligne de ESR en utilisant fronts montant et descendant en tant que signal de déclenchement, le circuit n'a pas besoin d'être corrigé en fonction des variations du rapport cyclique, la commodité est des applications améliorées de conception de circuit, afin de protéger le système d'alimentation électrique de commutation la fiabilité.

1 Buck module d'analyse de paramètre de capacité de ligne

Dans cet article, l'étude de puissance de commutation Buck. alimentation à découpage Buck est un système d'alimentation DC-DC est la configuration la plus commune, le circuit équivalent représenté sur la figure 1. Condensateur électrolytique C en tant que condensateur de filtrage de sortie de l'alimentation de commutation, la fréquence de commutation est utilisée pour limiter la composante de tension d'ondulation de sortie, si bien inférieure à l'état stationnaire DC tension de sortie. En raison de la fabrication des caractéristiques des procédés et des matériaux, il y a des propriétés non idéales de condensateurs, les condensateurs électrolytiques pour les applications à basse fréquence, un circuit de condensateur électrolytique peut être simplifié équivalent d'un montage en série d'une résistance et d'un condensateur, le circuit est exprimé en série équivalente série de résistances RESR capacité équivalente CE.

Lors du fonctionnement dans le mode de conduction continue (mode de conduction continue, CCM) du module d'alimentation électrique de commutation Buck est en fonctionnement en régime permanent, le courant moyen Iinit, le commutateur est mis hors tension dans le processus, l'inductance changements de courant linéaire. Après l'interrupteur est allumé, le courant inducteur augmente, le taux d'augmentation (Uin-Uout) / L. Après l'interrupteur met hors tension, le courant dans l'inductance décroît, la vitesse de diminution de -Uout / L. En conséquence, le courant inducteur peut être exprimée dans le cycle pour:

Où: Uin est la tension du module d'entrée, Uout est le module moyen de tension de sortie, D est le rapport cyclique du signal de commande, Ts est la période du signal de commande, Iinit est le courant moyen, L est l'inductance du module inducteur, t est le temps.

Le courant circule à travers le condensateur électrolytique est la différence entre le courant de l'inductance et le courant de sortie peut être exprimée comme:

Le courant circule à travers le condensateur électrolytique est la différence entre le courant de l'inductance et le courant de sortie. Sur la base de la relation intégrale entre la tension du condensateur et le courant, la tension équivalente de capacité Ce peut être représentée comme suit:

Dans lequel, Uc (0) et Uc (DTS) est égal à zéro le temps et la tension sur la capacité équivalente du temps Ce DTS, satisfaisant Uc (0) = Uc (DTS).

Considérons la valeur instantanée de la tension de sortie, Uout (t) est la capacité équivalente tension Ce ESR et la tension est exprimée sous la forme:

Par la formule (6) et (7) permet de calculer la valeur de la VS et C, exprimée en tant que:

La formule (8), en mesurant la tension de sortie de la partie AC du temps dts 0 et le temps peut être calculée ESR du condensateur de sortie avec la capacité C.

2-line conception de circuit de surveillance

Pour être en mesure d'échantillonner la tension de sortie de la partie AC du temps zéro et DTS temps, le système de surveillance en ligne article construit comme représenté sur la Fig. Le système est constitué de cinq parties, à savoir, un signal de commande, le module d'alimentation de commutation Buck, la sortie du module d'amplificateur d'isolement, le module d'échantillonnage et le calcul et l'analyse du module de déclenchement. Dans lequel le signal de commande généré par la puce de commande de puissance pour commander le transistor MOS est mis sous tension et hors tension du signal d'onde carrée; la mise en uvre du module Buck de convertisseur de puissance Buck, un module de sortie pour extraire l'isolement amplificateur amplifiant la tension de sortie de la section de courant alternatif; gâchette échantillonnage pour le signal de déclenchement de commande d'échantillonnage par puce ADC; module d'analyse de calcul mis en oeuvre selon la formule (8) en utilisant la quantité calculée d'ESR du condensateur de sortie de signal échantillonné de charge. En construisant le système de suivi en ligne, le suivi peut être atteint facilement et ESR du condensateur de sortie quantité de charge.

circuit de génération de signal de déclenchement représentée sur la figure 3, le circuit comprend porte OU exclusif, la bascule D et un filtre RC. Dans la phase initiale, le signal de commutation est faible, la bascule D bas de sortie Q, QDelay également faible. Au temps 0, le signal de commutation est changée du niveau bas au niveau élevé après le XOR avec QDelay produit un niveau élevé, à savoir un front montant du signal de déclenchement d'échantillonnage. Le front montant de la bascule de type D en tant que signal de déclenchement,

signal de verrouillage, le signal Q passe haut à ce moment. En raison de la présence du circuit de filtrage RC, après une période de temps (T1) QDelay ne passe au niveau haut. Lorsque QDelay est élevée, à travers la porte OU-EXCLUSIF fournit en sortie un signal de niveau bas, à savoir, le signal de déclenchement reste élevé à temps, puis au niveau bas. De même, à l'instant D, le signal de commutation passe au niveau bas, elle produira un Niveau longueur d'impulsion. Par l'analyse ci-dessus, respectivement, le circuit de déclenchement génère le signal de commutation à fronts montant et descendant des deux impulsions de largeur T1, le temps pour obtenir une donnée d'échantillonnage particulier. Largeur d'impulsion est déterminée par la constante de temps du filtre RC, ajusté selon les besoins en fonction de la fréquence d'échantillonnage de l'ADC.

3 Analyse de test

Construire circuit du module d'alimentation à découpage Buck, et construit un système de suivi en ligne, dans lequel les paramètres principaux du module d'alimentation électrique de commutation est: la tension de sortie de 12 V, la IRF640N de sélection de commutateur, des diodes utilisent MBR20100CT, l'inductance de sortie est 1 mH, un condensateur électrolytique de sélection de condensateur de sortie 220 uF / 25 V, le signal de commande en utilisant le générateur de forme d'onde arbitraire, une période de 0,1 ms (10 kHz), la tension d'entrée est déterminée par le rapport cyclique du signal de commande et la tension de sortie.

En utilisant le circuit de surveillance intégré en ligne, la quantité de charge du condensateur de sortie ESR calculée par la formule (8) C. Etant donné que la tension de sortie augmente à différents signaux de sortie avec différents cycles de service taux d'abandon scolaire, les résultats de mesure auront un certain impact. Le tableau 1 montre l'ESR de la valeur de capacité de sortie de la quantité de charge calculé dans différents cycles de fonctionnement. Capacitance et des résultats de mesure représentés sur la figure ESR.

Détermination de 10 kHz en utilisant un dispositif de mesure LCR de l'ESR du condensateur de sortie était 159,1 mQ, capacitance 182,2 pF. À titre de comparaison en calculant les valeurs indiquées dans le tableau 1, il se trouve à proximité des valeurs mesurées et calculées pour vérifier la validité de la méthode proposée.

4 Conclusion

Est une cause importante chute condensateur électrolytique coupure de courant de commutation, l'évaluation en temps réel ESR condensateur électrolytique avec l'alimentation de commutation de capacité est une surveillance importante condition. Dans cet article, le condensateur de sortie procédé de surveillance de ligne d'ESR fonde sur la quantité de charge du mode de déclenchement module de puissance Buck. Cette méthode de sélection des fronts montants et descendants du signal de commande de commutation en tant que signal de déclenchement d'échantillonnage, les équations de calcul de la construction de la quantité de charge de la VS, la tension de sortie d'échantillonnage de deux points de déclenchement pour faciliter la réalisation et l'ESR du condensateur de sortie calculée quantité de charge . Dans cet article, la conception du circuit de génération de signal de déclenchement et le circuit amplificateur d'isolement, la configuration du circuit en toute simplicité, pour éviter la modification du module de puissance topologie Buck, il peut être largement utilisé dans la détection de l'état du module d'alimentation.

références

GUAN Y, Z JIN S, WU L F, et al.Power Pronostics d'approvisionnement et la gestion de la santé des systèmes électroniques de haute fiabilité dans un environnement robuste .Key Ingénierie Materials.Trans Tech Publications, 2011,474-476: 1195-1200.

Guo-Hui Wang, Yong Guan, Zheng Xueyan, bloc d'alimentation de commutation de condensateur électrolytique etc. ESR dans l'estimation en temps réel Power Technology, 2014,38 (6): 1114-1117.

comptabilité de sable pour les amis, Yanming, Gejia Yi, etc. technologie de commutation d'alimentation et son application La technologie électronique, 2003,37 (3): 69-71.

IMAM A M, Habetler T G, HARLEY R G, et al.Condition surveillance de condensateur électrolytique dans des circuits électroniques de puissance utilisant un modèle de filtre adaptatif .POWER Electronics Conférence spécialistes, 2005.

Dong-seok, Chen Su large, Tao, et al. Étude sur scène unique flyback PFC L6562 alimentation LED Technologie électronique, 2012,38 (3): 63-66.

Buiatti G M, J MARTIN-RAMOS A, GARCIA C H R, et al.An en ligne et technique non invasive pour surveiller l'état de condensateurs dans les convertisseurs d'amplification .IEEE Transactions sur Instrumentation et mesures, 2010,59 (8): 2134-2143.

VICENTE A, T LEITE, TEIXEIRA H J A, et al.A méthodologie simple d'identification d'ESR pour condensateurs électrolytiques conditon de surveillance Congrès .Internal sur Surveillance et gestion de l'ingénierie de diagnostic 2007.

ALGREER M, M ARMSTRONG, GIAOURIS D.Adaptive PD + I commande d'un commutateur en mode convertisseur de puissance DC-DC en utilisant un prédicteur récursif FIR .IEEE Transactions sur les applications industrielles, 2011,47 (5): 2135-2144.

Lahyani A, VENET P, GRELLET G, prédiction et al.Failure de condensateurs électrolytiques au cours du fonctionnement de l'alimentation électrique de aswitchmode .IEEE Transactions sur l'électronique de puissance, 1998,13 (6):. 1199 à -1207

Tang Weijie, Yao Kai, Huwen Bin, et analogues méthode de suivi CCM ligne du condensateur de sortie du convertisseur Buck. ESR et C d'un capteur sans courant La Société chinoise de génie électrique, 2015,35 (21): 5569-5576.

YAO K, HU W, W TANG, et al.A nouvelle ESR en ligne et procédé d'identification C pour le condensateur de sortie du convertisseur abaisseur Congrès .Energy Conversion et Exposition.IEEE 2014.

Informations sur l'auteur:

Gao 1,2, 2 écliptique, Lu 2 Jiafeng

(École de l'automatisation des sciences et de génie, Université du Sud de la Chine de la technologie, Guangzhou 510640, Chine; 2. Guangdong branche Kam Detection Technology Engineering Co., Ltd, Guangzhou 510000)