一种直流母线电容器的容值测量装置及测量方法

技术领域

本发明实施例涉及电力电子技术，尤其涉及一种直流母线电容器的容值测量装置及测量方法。

背景技术

随着电力电子技术产品的发展，直流到直流的转换器(DC/DC Converter)、直流到交流的转换器(DC/AC Converter)和交流到直流的转换器(AC/DC Converter)产品或模块变得越来越普遍。其中，直流母线电容器作为直流端的关键器件，起到了稳定母线电压，抑制纹波等作用。而在给母线电容器充电的过程中，预充电路作为一种防止电路中出现大电流冲击的电路也被广泛的使用。

在现有的技术手段中，一方面通过不断地优化预充电路设计，提升预充阶段的效率和缩短预充时间；另一方面，通过产品的线末检测(End-Of-Line Test)，实现了对直流母线电容器的容值做检测。

但是现有技术无法检测出电容器容值在产品使用过程中出现衰减的情况，也就无法实时诊断因电容器容值超差而引起的系统性问题。

发明内容

本发明提供一种直流母线电容器的容值测量装置及测量方法，以实现对直流母线电容器容值的实时测量。

第一方面，本发明实施例提供了一种直流母线电容器的容值测量装置，包括：

预充模块，与直流母线电连接，用于为直流母线电容器预充电，还用于提供预充电电流；

电压测量模块，与所述直流母线电连接，用于测量所述直流母线电容器的电压；

微控制芯片，分别与所述预充模块和所述电压测量模块电连接，所述微控制芯片用于控制所述预充模块向所述直流母线电容器进行预充电，还用于根据所述预充电电流和所述电容器的电压，计算所述直流母线电容器的容值并诊断所述电容器的衰减情况。

可选的，所述预充模块包括电源、预充电路和预充电流测量单元，所述电源与所述预充电路电连接，所述预充电流测量单元分别与所述预充电路和所述直流母线电连接；

所述电源用于为所述预充电路供电；

所述预充电路用于向所述直流母线电容器进行预充电；所述预充电流测量单元用于测量所述预充电电流。

可选的，所述预充模块还包括预充控制电路，所述预充控制电路分别与所述预充电路和所述微控制芯片电连接，用于根据所述微控制芯片的控制指令，控制所述预充电路向所述直流母线电容器进行预充电。

可选的，所述预充模块为恒流源预充模块，所述恒流源预充模块用于以预设工作电流为所述直流母线电容器预充电。

可选的，所述容值测量装置还包括温度传感器，所述温度传感器设置于所述直流母线电容器所在区域，用于测量所述电容器的温度；

所述微控制芯片还与所述温度传感器电连接，所述微控制芯片还用于根据所述电容器的当前温度，确定所述电容器的标准电容值，并根据所述标准电容值，诊断所述电容器的衰减情况。

可选的，所述容值测量装置还包括通讯模块，所述通讯模块与所述微控制芯片电连接，用于接收外部预充启动指令，和/或，用于向外部发送预充模块状态、直流母线电容器的电容值、电容衰减诊断结果中的至少一项。

第二方面，本发明实施例还提供了一种直流母线电容器的容值测量方法，基于如本发明第一方面任一项所述的直流母线电容器的容值测量装置实现，所述容值测量方法包括：

对直流母线电容器进行预充电；

获取预充电电流和所述直流母线电容器的电压；

根据所述预充电电流和所述电容器的电压，计算所述直流母线电容器的容值并诊断所述电容器的衰减情况。

可选的，所述预充模块包括电源、预充电路和预充电流测量单元，所述电源与所述预充电路电连接，所述预充电流测量单元分别与所述预充电路和所述直流母线电连接；

根据所述预充电电流和所述电容器的电压，计算所述直流母线电容器的容值，包括：

根据积分公式

可选的，所述预充模块为恒流源预充模块；

根据所述预充电电流和所述电容器的电压，计算所述直流母线电容器的容值并诊断所述电容器的衰减情况，包括：

根据

可选的，容值测量装置还包括温度传感器，所述温度传感器设置于所述直流母线电容器所在区域，用于测量所述电容器的温度；所述微控制芯片还与所述温度传感器电连接；

根据所述预充电电流和所述电容器的电压，计算所述直流母线电容器的容值并诊断所述电容器的衰减情况，包括：

根据所述电容器的当前温度，确定所述电容器的标准电容值，并根据所述标准电容值，诊断所述电容器的衰减情况。

可选的，所述容值测量装置还包括通讯模块，所述通讯模块与所述微控制芯片电连接；

对直流母线电容器进行预充电之前，还包括：

通过所述通讯模块接收外部预充启动指令；

和/或，根据所述预充电电流和所述电容器的电压，计算所述直流母线电容器的容值并诊断所述电容器的衰减情况之后，还包括：

通过所述通讯模块向外部发送预充模块状态、直流母线电容器的电容值、电容衰减诊断结果中的至少一项。

本发明的技术方案，提供了一种直流母线电容器的容值测量装置，包括：预充模块，与直流母线电连接，用于为直流母线电容器预充电，还用于提供预充电电流；电压测量模块，与直流母线电连接，用于测量直流母线电容器的电压；微控制芯片，分别与预充模块和电压测量模块电连接，微控制芯片用于控制预充模块向直流母线电容器进行预充电，还用于根据预充电电流和电容器的电压，计算直流母线电容器的容值并诊断电容器的衰减情况。本发明实施例通过预充电路的预充功能，给直流母线电容器的容值做测量和诊断，极大地提高了直流母线电容器测量和诊断的实时性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种直流母线电容器的容值测量装置的结构框图；

图2是本发明实施例提供的另一种直流母线电容器的容值测量装置的结构框图；

图3是本发明实施例提供的一种直流母线电容器的容值测量方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”。

需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对相应内容进行区分，并非用于限定顺序或者相互依存关系。

需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

图1是本发明实施例提供的一种直流母线电容器的容值测量装置的结构框图，如图1所示，该装置包括：预充模块10，与直流母线电连接，用于为直流母线电容器20预充电，还用于提供预充电电流；电压测量模块30，与直流母线电连接，用于测量直流母线电容器20的电压；微控制芯片40，分别与预充模块10和电压测量模块30电连接，微控制芯片40用于控制预充模块10向直流母线电容器20进行预充电，还用于根据预充电电流和直流母线电容器20的电压，计算直流母线电容器20的容值并诊断电容器的衰减情况。

具体的，由于直流母线上有大电容存在，刚接通电源瞬间，直流母线电容器20两端相当于短路，因此需要预充模块10限制电源接通瞬间对直流母线电容器20充电电流的作用，以保护整流器的元件不会因直流母线电容器20瞬间的短路电流而损坏。直流母线电容器的容值测量装置开始工作时，微控制芯片40根据产品系统的要求，计算出在各个工况下，预充的电压、电流和时间要求，并将实现预充的控制指令发送给预充控制模块10，此时预充模块10根据控制指令为直流母线电容器20进行预充电并提供预充电电流，电压测量模块30测量直流母线电容器20的电压并将测量结果反馈到微控制芯片40，微控制芯片40根据预充电电流和直流母线电容器20的电压，计算直流母线电容器20的容值，并将计算得到的容值与直流母线电容器20的标准容值进行对比，进而诊断电容器的衰减情况。

本发明实施例提供了一种直流母线电容器的容值测量装置，包括：预充模块，与直流母线电连接，用于为直流母线电容器预充电，还用于提供预充电电流；电压测量模块，与直流母线电连接，用于测量直流母线电容器的电压；微控制芯片，分别与预充模块和电压测量模块电连接，微控制芯片用于控制预充模块向直流母线电容器进行预充电，还用于根据预充电电流和电容器的电压，计算直流母线电容器的容值并诊断电容器的衰减情况。本发明实施例通过预充电路的预充功能，给直流母线电容器的容值做测量和诊断，极大地提高了直流母线电容器测量和诊断的实时性。

可选的，图2是本发明实施例提供的另一种直流母线电容器的容值测量装置的结构框图，如图2所示，预充模块10包括电源11、预充电路12和预充电流测量单元13，电源11与预充电路12电连接，预充电流测量单元13分别与预充电路12和直流母线电连接；电源11用于为预充电路12供电；预充电路12用于向直流母线电容器20进行预充电；预充电流测量单元13用于测量预充电电流。

具体的，参考图2，直流母线电容器的容值测量装置开始工作时，电源11与预充电路12电连接，作为预充电路12的输入，为其提供预充能量，电源11可以是直流电源或者是动力电池，本发明对此不作限定；预充电路12将电源11的电能转移到直流母线电容器20上，对其进行预充电，此时预充电流测量单元13测量由预充电路12输出到直流母线电容器20的预充电电流，并将测量结果反馈到微控制芯片40。

可选的，参考图2，预充模块10还包括预充控制电路14，预充控制电路14分别与预充电路12和微控制芯片40电连接，用于根据微控制芯片40的控制指令，控制预充电路12向直流母线电容器20进行预充电。

具体的，预充控制电路14接收微控制芯片40的指令，根据该控制预充电路12在各个工况下，预充的电压、电流和时间，让预充电路12按照相应工况下的预充要求完成预充功能。

可选的，在本发明其他实施例中，预充模块10还可以为恒流源预充模块，恒流源预充模块用于以预设工作电流为直流母线电容器20预充电，相应的，此时预充电流也为恒定的值。

可选的，容值测量装置还包括温度传感器50，温度传感器50设置于直流母线电容器20所在区域，用于测量电容器的温度；微控制芯片40还与温度传感器50电连接，微控制芯片40还用于根据电容器的当前温度，确定电容器的当前标准电容值，并根据当前标准电容值，诊断电容器的衰减情况。

具体的，由于电容器的容值会受温度影响，在不同温度下其衰减情况也不同，因此容值测量装置还包括温度传感器50，温度传感器50测量得到电容器的温度，并将该温度信息传输给微控制芯片40，微控制芯片40根据测量得到的当前温度，确定直流母线电容器20在当前温度下的标准电容值，将直流母线电容器20在当前温度下测量得到的电容值与当前温度下的标准电容值进行对比，可以更准确地诊断电容器的衰减情况。

可选的，容值测量装置还包括通讯模块60，通讯模块60与微控制芯片40电连接，用于接收外部预充启动指令，和/或，用于向外部发送预充模块10状态、直流母线电容器20的电容值、电容衰减诊断结果中的至少一项。

具体的，参考图2，通讯模块60与微控制芯片40电连接，用户可以向通讯模块60发出预充启动指令，通讯模块60接收到外部预充启动指令后传输给微控制芯片40，微控制芯片40进而控制预充模块10实现对直流母线电容器20预充电，并提供预充电电流；通讯模块60还用于将预充模块10的状态、直流母线电容器20的电容值、电容衰减诊断结果中的至少一项发送给外部设备(图中未示出)，外部设备根据直流母线电容器20的电容衰减诊断结果做出相应的故障处置：若衰减后的直流母线电容器20容值在可接受的范围，则根据测试结果，调整算法修正直流母线电容器20的容值，并将修正后的值写入特定的存储器内；若衰减后的直流母线电容器20容值超出可接受的范围，产品将发出更换直流母线电容器20的诊断代码，并将该诊断代码写入特定的存储器内，此时用户可以根据该诊断代码更换直流母线电容器。

图3是本发明实施例提供的一种直流母线电容器的容值测量方法流程图，该方法可基于上述的直流母线电容器的容值测量装置实现，如图3所示，该方法包括：

S110、对直流母线电容器进行预充电。

具体的，参考图1、图3，微控制芯片40根据产品系统的要求，计算出在各个工况下，预充的电压、电流和时间要求，并将实现预充的控制指令发送给预充控制模块10，此时预充模块10根据控制指令为直流母线电容器20进行预充电并提供预充电电流。

S120、获取预充电电流和直流母线电容器的电压。

具体的，参考图1、图3，电压测量模块30测量直流母线电容器20的电压并将测量结果反馈到微控制芯片40，微控制芯片40获取到预充电电流和直流母线电容器20的电压。

S130、根据预充电电流和电容器的电压，计算直流母线电容器的容值并诊断电容器的衰减情况。

具体的，参考图1、图3，微控制芯片40根据预充电电流和直流母线电容器20的电压，计算得到直流母线电容器20的容值，并将计算得到的容值与直流母线电容器20的标准容值进行对比，进而诊断电容器的衰减情况。

本发明实施例提供了一种直流母线电容器的容值测量方法，首先对直流母线电容器进行预充电，进而获取预充电电流和直流母线电容器的电压，然后根据预充电电流和电容器的电压，计算直流母线电容器的容值并诊断电容器的衰减情况，通过预充电路的预充功能，给直流母线电容器的容值做测量和诊断，极大地提高了直流母线电容器测量和诊断的实时性。

可选的，预充模块10包括电源11、预充电路12和预充电流测量单元13，电源11与预充电路12电连接，预充电流测量单元13分别与预充电路12和直流母线电连接；

上述步骤S130中，根据预充电电流和电容器的电压，计算直流母线电容器的容值并诊断电容器的衰减情况，包括：根据积分公式

具体的，计算直流母线电容器的电容值时，首先根据电量守恒，在Δt时间内从母线上流入电容的电量(I·Δt)，等于电容增加的电量(C·ΔV)得到：Q＝I·Δt＝C·ΔV-----------(1)；对(1)式运算后得到：

其中：t＝0时刻，预充开始；t＝T时刻，预充结束，C为直流母线电容器的容量，T为预充从开始到结束的时间间隔，I为预充电流，V为直流母线电容器上的电压。本发明实施例提供的一种线性的计算方法，减小了计算量，简化了计算步骤。

可选的，预充模块为恒流源预充模块；上述步骤S130中，根据预充电电流和电容器的电压，计算直流母线电容器的容值并诊断电容器的衰减情况，包括：

根据

具体的，计算直流母线电容器的电容值时，首先根据电量守恒，在Δt时间内从母线上流入电容的电量(I·Δt)，等于电容增加的电量(C·ΔV)得到：Q＝I·Δt＝C·ΔV----------(1)；对(1)式运算后得到：

其中，t＝0时刻，预充开始；t＝T时刻，预充结束，C为直流母线电容器的电容值，T为预充从开始到结束的时间间隔，I为恒定的预充电流，V为直流母线电容器上的电压。

可选的，容值测量装置还包括温度传感器50，温度传感器50设置于直流母线电容器20所在区域，用于测量电容器的温度；微控制芯片40还与温度传感器50电连接，上述步骤S130中，根据预充电电流和电容器的电压，计算直流母线电容器的容值并诊断电容器的衰减情况，还包括：根据电容器的当前温度，确定电容器的当前标准电容值，并根据当前标准电容值，诊断电容器的衰减情况。

具体的，由于电容器的容值会受温度影响，在不同温度下其衰减情况也不同，因此容值测量装置还包括温度传感器50，温度传感器50测量得到电容器的温度，并将该温度信息传输给微控制芯片40，微控制芯片40根据测量得到的当前温度，确定直流母线电容器20在当前温度下的标准电容值，将直流母线电容器20在当前温度下测量得到的电容值与当前温度下的标准电容值进行对比，可以更准确地诊断电容器的衰减情况。

可选的，容值测量装置还包括通讯模块60，通讯模块60与微控制芯片40电连接；

上述步骤S110中，对直流母线电容器进行预充电之前，还包括：

通过通讯模块60接收外部预充启动指令；

具体的，参考图2，通讯模块60与微控制芯片40电连接，用户可以向通讯模块60发出预充启动指令，通讯模块60接收到外部预充启动指令后传输给微控制芯片40，微控制芯片40进而控制预充模块10实现对直流母线电容器20预充电，并提供预充电电流。

和/或，上述步骤S130中，根据预充电电流和电容器的电压，计算直流母线电容器的容值并诊断电容器的衰减情况之后，还包括：

通过通讯模块60向外部发送预充模块状态、直流母线电容器的电容值、电容衰减诊断结果中的至少一项。

具体的，通讯模块60还用于将预充模块10的状态、直流母线电容器20的电容值、电容衰减诊断结果中的至少一项发送给外部设备(图中未示出)，外部设备根据直流母线电容器20的电容衰减诊断结果做出相应的故障处置：若衰减后的直流母线电容器20容值在可接受的范围，则根据测试结果，调整算法修正直流母线电容器20的容值，并将修正后的值写入特定的存储器内；若衰减后的直流母线电容器20容值超出可接受的范围，产品将发出更换直流母线电容器20的诊断代码，并将该诊断代码写入特定的存储器内，此时用户可以根据该诊断代码更换直流母线电容器。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。