一种基于检波技术的开关电源纹波电压检测方法

摘要

本发明涉及一种基于检波技术的开关电源纹波电压检测方法，其技术特点在于：包括以下步骤：步骤1、通过硬件电路对开关电源的输出电压进行电压波形整定；步骤2、根据RLC高Q值电路的谐振原理，设计三条检波电路，测出该三条检波电路的电压幅值后计算出开关电源的输出电压中纹波交流电压的震荡频率和幅值，进而对开关电源的电解电容和振荡器出现的故障进行报警。本发明的开关电源的输出电压通过硬件电路整定，将开关电源的直流电压中的纹波交流电压过滤放大，然后用检波电路对纹波交流电压频率和幅值进行监控。纹波交流电压反应了开关电源的工作状态，通过对纹波交流电压检测可以对开关电源故障进行提前告警。

说明书

技术领域

本发明属于设备开关电源技术领域，涉及二次设备状态检修技术，尤其是一种基于检波技术的开关电源纹波电压检测方法。

背景技术

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。由于开关电源具有转换效率高、体积小和重量轻等优点被广泛应用。

但由于开关电源通的纹波和噪声的影响，致使开关电源输出的不是纯正的直流电压，里面包含有交流成分。纹波是开关电源输出直流电压的波动，其与开关电源的开关动作有关。每一个开、关过程，形成一个充电和放电的过程，从而造成输出电压的波动，该输出电压的波动频率与开关的频率相同。

开关电源的纹波电压是指纹波的波峰与波谷之间的峰峰值，是一种复杂的高频小幅值电压，其大小与开关电源的输入电容和输出电容的容量及品质有关。而现有的开关电源纹波电压检测方法是通过高频AD对开关电源的输出电压进行采样，利用中央处理器CUP对采样的数据进行计算，通过复杂的傅里叶算法计算出纹波电压幅值，当纹波电压高于一定幅值时发出报警。

由此可知，现有技术中的开关电源纹波电压检测方法需要高频率的AD采样才能对纹波波形有较好的采集，对AD采样有很高的要求，而且，中央处理器CPU需要通过复杂的傅里叶算法计算出纹波电压幅值，增加了中央处理器CPU的负担。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、方便实用、算法简易且具有预警功能的基于检波技术的开关电源纹波电压检测方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于检波技术的开关电源纹波电压检测方法，包括以下步骤：

步骤1、通过硬件电路对开关电源的输出电压进行电压波形整定；

步骤2、根据RLC高Q值电路的谐振原理，设计三条检波电路，测出该三条检波电路的电压幅值后计算出开关电源的输出电压中纹波交流电压的震荡频率和幅值，进而对开关电源的电解电容和振荡器出现的故障进行报警。

而且，所述步骤1的具体方法为：通过三极管放大电路对开关电源的输出电压中纹波交流电压放大，然后通过RC滤波电路将开关电源输出电压中的直流成分滤掉。

而且，所述步骤2的具体步骤包括：

(1)设计3条Q值相同的检波电路，其调谐频率分别为W0、W1和W2，其中，W0-W1＝W2-W0；

上式中，W0为开关电源正常运行时的频率，W1为开关电源故障警示频率，W2是检验电路频率；

(2)根据开关电源的电容特性，计算出开关电源的输出电压中纹波交流电压的警示幅值IR++；

(3)测出三条检波电路的电压幅值分别为IR0、IR1和IR2，并根据如下公式计算出开关电源的输出电压中纹波交流电压的震荡频率Wk；

(1+jQ(W0/Wk-Wk/W0))/(1+jQ(W1/Wk-Wk/W1))＝IR1/IR0

上式中，j是虚数j的平方为-1，Q为高Q电路的Q值；

(4)根据开关电源的输出电压中纹波交流电压的震荡频率Wk，采用如下公式计算出开关电源的输出电压中纹波交流电压的电压幅值IRk；

IRk＝(1+jQ(W0/Wk-Wk/W0))IR0

(5)比较开关电源的输出电压中纹波交流电压的震荡频率Wk和开关电源故障警示频率W1的大小，若Wk<W1，则判定开关电源震荡器出现问题；

(6)比较开关电源的输出电压中纹波交流电压的电压幅值IRk与开关电源的输出电压中纹波交流电压的警示幅值IR++的大小,如果IRk>IR++，则判定开关电源电解电容出现问题。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明的开关电源的输出电压通过硬件电路整定，将开关电源的直流电压中的纹波交流电压过滤放大，然后用检波电路对纹波交流电压频率和幅值进行监控。纹波交流电压反应了设备开关电源的工作状态，通过对纹波交流电压检测可以对设备开关电源故障进行提前告警。

2、本发明通过硬件电路对开关电源输出电压进行整定、检波放大，可对CPU处理器AD采样频率的要求降低，CPU程序波形算法将大大简化，减轻了CPU的负担，使CPU运行更加稳定。

3、本发明通滤波放大电路和检波电路产生单一波形电压对AD采样要求降低，且只需对单一波形电压进行波纹交流电压幅值计算即可，算法难度降低。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明的固定频率为W0的高Q值电路对不同激励电压的响应曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：

本发明研究提出了一种基于检波技术的开关电源纹波电压检测方法，开关电源的输出电压通过硬件电路整定，将直流电压中的纹波交流电压过滤放大，然后用检波电路对纹波交流电压频率和幅值进行监控。纹波交流电压反应了装置开关电源的工作状态，通过对纹波交流电压检测可以对装置开关电源故障进行提前告警。

一种基于检波技术的开关电源纹波电压检测方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、通过硬件电路对开关电源的输出电压进行电压波形整定；

所述步骤1的具体方法为：通过三极管放大电路对开关电源输出电压中的纹波交流电压放大，然后通过RC滤波电路将开关电源输出电压中的直流成分滤掉。

开关电源的输出电压中纹波交流电压主要是高频交流电压，该波纹交流电压的电压幅值很小，是MV级别的高频交流电压，因此，开关电源的输出电压中的波纹交流电压需要放大才能进行信号采集。在本实施例中，通过三极管放大电路可以将波纹交流电压放大，RC滤波电路是通交流阻直流电路，由于本发明只需要对开关电源的纹波交流电压进行分析，所以将开关电源的输出电压中不需要的直流电压成分过滤掉。

步骤2、根据RLC高Q值电路的谐振原理，设计三条检波电路，测出该三条检波电路的电压幅值后计算出开关电源的输出电压中纹波交流电压的震荡频率和幅值，进而对开关电源的电解电容和振荡器出现的故障进行报警。

其中，检波就是将一个特定频率的波形放大，其工作原理是RLC高Q值电路的谐振原理。如图2所示，RLC电路的调谐频率为W0，相同幅值不同频率的激励电压，响应的峰值电压大部分跌落在W0附近，因此检波电路可以对一频率的电压进行放大。

相同Q值的电路的响应图形是相似的，当RLC电路的调谐频率为W1时，其电路对激励电压的响应曲线为图2曲线向左平移W0-W1。根据平移可通过步骤2算出开关电源纹波交流电压的频率和幅值。

所述步骤2的具体步骤包括：

(1)设计3条Q值相同的检波电路，其调谐频率分别为W0、W1和W2，其中，W0-W1＝W2-W0；

上式中，W0为开关电源正常运行时的频率，W1为开关电源故障警示频率，W2是检验电路频率；

(2)根据开关电源的电容特性，计算出开关电源的输出电压中纹波交流电压的警示幅值IR++；

(3)测出三条检波电路的电压幅值分别为IR0、IR1和IR2，并根据如下公式计算出开关电源的输出电压中纹波交流电压的震荡频率Wk；

(1+jQ(W0/Wk-Wk/W0))/(1+jQ(W1/Wk-Wk/W1))＝IR1/IR0

上式中，j是虚数j的平方为-1，Q为高Q电路的Q值；

(4)根据开关电源的输出电压中纹波交流电压的震荡频率Wk，采用如下公式计算出开关电源的输出电压中纹波交流电压的电压幅值IRk；

IRk＝(1+jQ(W0/Wk-Wk/W0))IR0

(5)比较开关电源的输出电压中纹波交流电压的震荡频率Wk和开关电源故障警示频率W1的大小，若Wk<W1，则判定开关电源震荡器出现问题；

(6)比较开关电源的输出电压中纹波交流电压的电压幅值IRk与开关电源的输出电压中纹波交流电压的警示幅值IR++的大小,如果IRk>IR++，则判定开关电源电解电容出现问题。

由于开关电源的输出电压中纹波交流电压的频率和开关电源的振荡频率有关，采用检波电路可以放大固定频率的电压，采集计算检波电路电压幅值即可算出纹波电压的幅值，进而对电解电容进行检测。克服了传统AD采样需要高频采样和CPU通过复杂算法才能进行波纹交流电压幅值计算的缺点。

专利成果应用后，通过硬件电路对纹波电压进行检测处理，可降低电源检测回路的成本，使用低成本的CPU变得可能，电源纹波电压检测应用范围更加广泛。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。