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一种无电流传感器的DC-DC升压变换器输出电容在线ESR估计方法
An Online ESR Estimation Method for Output Capacitor of DC–DC Boost Converter Without Current Sensor
| 作者 | Chio-Hong Leong · Chi-Kong Wong · Chi-Seng Lam |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2024年9月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | DC-DC变换器 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 铝电解电容器 等效串联电阻 在线估计方法 直流升压转换器 输出电压纹波 |
语言:
中文摘要
铝电解电容器(AEC)作为一种高能量密度、低成本的储能元件,广泛应用于电力电子变换器中以稳定输出电压。然而,有报道称铝电解电容器是一种易损元件,会威胁电力电子变换器的可靠性。铝电解电容器的健康状态反映在其等效串联电阻(ESR)的变化上。因此,有必要监测铝电解电容器的等效串联电阻,以确保变换器的安全性和可靠性。本文提出了一种基于输出电压纹波信息、无需使用任何电流传感器的新型等效串联电阻在线估计方法,适用于直流 - 直流升压变换器的连续和不连续导通模式。该方法具有实施成本低、计算负担小和精度可接受的特点。本文介绍了等效串联电阻的计算模型、在线等效串联电阻估计方法以及相应的硬件实现。最后,通过仿真和实验结果,与不同的估计方法进行对比,验证了所提方法的有效性、实用性和可行性。
English Abstract
Aluminum electrolytic capacitors (AEC) as a high energy density, low-cost energy storage component, are widely used in power electronic converters to stabilize the output voltage. However, the AEC is reported as a vulnerable component, threatening the reliability of power electronic converters. The health status of AEC is reflected in the variation of its equivalent series resistance (ESR). Therefore, it is necessary to monitor the ESR of AEC to guarantee the safety and reliability of converters. This article presents a novel ESR online estimation method for both continuous and discontinuous conduction modes of dc–dc boost converter based on output voltage ripple information without using any current sensor. This method is characterized with cost-effective implementation, less computational burden, and acceptable accuracy. In this article, the calculation model of ESR, online ESR estimation method, and the corresponding hardware implementation are presented. Finally, simulation and experiment results are presented to verify the validity, effectiveness, and feasibility of the proposed method in comparison with different estimation methods.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务场景来看,这项针对DC-DC升压变换器输出电容ESR在线估算的技术具有显著的工程应用价值。在我们的光伏逆变器和储能变流器产品中,铝电解电容作为直流母线支撑和输出滤波的核心器件,其健康状态直接影响系统可靠性。该论文提出的无电流传感器ESR估算方法,仅基于输出电压纹波信息即可实现连续和断续导通模式下的参数监测,这与我们追求高可靠性、低成本的产品策略高度契合。
从技术成熟度评估,该方法的核心优势在于硬件实现简洁,无需额外的电流传感器,降低了系统成本和复杂度,同时减轻了计算负担,这对于我们大规模部署的分布式光伏和储能系统尤为重要。在实际应用中,铝电解电容的ESR增加是其老化和失效的关键指标,通过实时监测可实现预测性维护,将被动故障响应转变为主动健康管理,这对提升阳光电源产品的全生命周期可靠性具有战略意义。
然而,技术落地仍面临挑战。光伏和储能系统工况复杂多变,温度范围宽、负载波动大,算法的鲁棒性需在极端环境下充分验证。此外,不同拓扑结构(如三电平、交错并联等)的适配性、多电容并联情况下的诊断精度,以及与现有数字控制平台的集成优化,都需要深入研究。
建议将此技术纳入我们的智能运维体系,结合云平台大数据分析,构建电容健康档案,为百万级装机容量的设备提供精准的寿命预测和维护决策支持,进一步巩固阳光电源在智能化新能源装备领域的技术领先地位。