基于最小二乘拟合的开关电源健康状态评估方法

摘要

基于最小二乘拟合的开关电源健康状态评估方法，属于开关电源的健康状态评估技术领域。本发明为了解决现有开关电源健康状态评估方法中存在数据采集困难及评估结果可靠性差的问题。它首先建立开关电源仿真模型，确定影响开关电源输出特性的关键应力因素，及关键应力因素的波动范围；再确定开关电源的关键元器件，并建立各关键元器件的退化模型；通过修改参数的方法，依次对各关键元器件的退化模型进行定量的退化注入；然后构建开关电源的输出特征参数退化模型；采集开关电源的各关键应力因素值及输出特征参数值，根据开关电源的输出特征参数退化模型，获得开关电源的健康状态评估结果。本发明用于开关电源健康状态评估。

主权项

一种基于最小二乘拟合的开关电源健康状态评估方法，它包括以下步骤：步骤一：建立开关电源仿真模型，并根据开关电源仿真模型及该开关电源预期所处环境条件及使用状况，确定影响开关电源输出特性的关键应力因素，及关键应力因素的波动范围；步骤二：根据影响开关电源输出特性的关键应力因素，确定开关电源的关键元器件，并建立各关键元器件的退化模型；步骤三：通过修改参数的方法，依次对各关键元器件的退化模型进行定量的退化注入，并在每个相应的退化状态下，注入关键应力因素，对开关电源进行多应力因素下的仿真，关键应力因素所采用的应力组合采用正交表生成；步骤四：利用最小二乘的方法，对不同应力组合进行拟合，构建开关电源的输出特征参数退化模型；步骤五：采集开关电源的各关键应力因素值及输出特征参数值，根据开关电源的输出特征参数退化模型，获得开关电源的健康状态评估结果；所述开关电源为LED路灯驱动开关电源；其特征在于，开关电源为LED路灯驱动开关电源的具体步骤如下：所述步骤一为：根据LED路灯驱动开关电源工作原理建立Pspice仿真模型，确定环境温度、输入电压及负载为关键应力因素，环境温度波动范围为‑20℃至60℃，输入电压波动范围为400±20V；负载波动范围为165Ω至245Ω；所述步骤二为：确定铝电解电容C1、变压器T1、第一反馈电阻R1、第二反馈电阻R2及金属氧化物半导体场效应管Q1为关键元器件，各关键元器件的退化模型如表1所示：表1表1中，t为时间；所述步骤三为：所述正交表如表2所示：表2所述步骤四为：选取输出电流以及输出电压纹波大小作为输出特征参数，首先将表2中各组仿真结果中的关键应力因素进行归一化处理，首先进行平移标准差变换：$x_{ik}^{*}=\frac{x_{ik}-\overline{x_k}}{s_k},(i=1,2,...,25;k=1,2,3),$式中为第k类应力因素的第i组平移标准差变换后的数据；其中k为关键应力因素的种类的序号，i为应力组合的组号；x_ik为第k类应力因素的第i组原始数据；为第k类应力因素的平均值；s_k为第k类应力因素的标准差；再对进行平移极差变换，获得经平移极差变换后的数据x″_ik：$x_{ik}^{\prime \prime }=\frac{x_{ik}^{*}-\underset{1\le i\le 25}{\min }\left\{x_{ik}^{*}\right\}}{\underset{1\le i\le 25}{max}\left\{x_{ik}^{*}\right\}-\underset{1\le i\le 25}{\min }\left\{x_{ik}^{*}\right\}};$x″_ik作为关键应力因素归一化处理后的归一值，分别为：环境温度归一值T^*、输入电压归一值V_in^*及负载归一值R_L^*；对关键应力因素的归一值进行最小二乘拟合，获得开关电源的输出特征参数退化模型：I_o＝‑0.0339t1+0.0002V_in^*+0.008R_L^*‑0.0162T^*+0.7141，V_r＝exp(1.3056t2‑0.0122V_in^*+0.1399R_L^*‑0.0314T^*‑1.6456)，式中I_o为拟合输出电流，V_r为拟合输出电压纹波，t1为第一退化时间，t2为第二退化时间，在不同退化时间条件下，取定应力组合S₀为：T^*＝0、V_in^*＝0及R_L^*＝0；则上述开关电源的输出特征参数退化模型变形为受退化时间参数影响的一元函数：I_o^*(t1)＝‑0.0339t1+0.7141，V_r^*(t2)＝exp(1.3056t2‑1.6456)；所述步骤五为：采集LED路灯驱动开关电源的环境温度、输入电压及负载值，并进行归一化处理，获得环境温度归一值T^*、输入电压归一值V_in^*及负载归一值R_L^*；同时采集LED路灯驱动开关电源的输出电流值I和输出电压纹波V；将输出电流值I和输出电压纹波V归算到S₀应力组合下，则输出电流归算值I^*和输出电压纹波归算值V^*分别为：I^*＝I‑0.0002V_in^*‑0.008R_L^*+0.0162T^*，V^*＝V·exp(+0.0122V_in^*‑0.1399R_L^*+0.0314T^*)，再利用所述开关电源的输出特征参数退化模型变形后的一元函数计算获得两个退化时间估计值，取两个退化时间估计值的平均值作为LED路灯驱动开关电源的健康状态评估结果。