专利名称：一种电源功率模块劣化状态在线判断方法
技术领域：
本发明涉及电源功率模块的监控技术，具体涉及一种DC/DC电源功率模块劣化状态在线判断方法及装置。
背景技术：
高可靠嵌入式系统广泛应用于卫星、航天器、核电站、舰船、高速列车等直接关系国家战略安全、能源安全和国民经济发展的复杂系统中，DC/DC电源是保证其可靠运行的关键设备。但特殊使用环境常致使DC/DC电源失效造成系统失控，损失巨大。据不完全统计，约34%的电子系统故障都是电源系统元器件疲劳使用或环境应力变化造成的失效引起的。外部环境因素(如高压瞬态环境、宽温度范围骤变、振动、冲击、电磁辐射、总剂量辐射和单粒子事件等)和运行内部因素(如浪涌电压、电流、负载突变等)，常造成电源系统的关键模块状态参数退化，致使电路工作性能变差，引发参数性故障。功率模块和电解电容是电源中失效率最高的器件。电源失效主要是由于这两个环节劣化失效造成的。其中，电解电容已有许多单位采用低失效率的独石电容来替代，提高了电源的可靠性。然而，目前功率模块的失效研究仍集中在物理失效机制、失效模型上，对于运行中功率模块劣化到失效的动态行为过程还不十分清楚。因此，如何判断功率模块的劣化状态成为本领域的重要技术课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电源功率模块劣化状态在线判断方法，该方法可以提高功率模块劣化状态判断的可靠性。为实现上述目的，本发明提供一种电源功率模块劣化状态在线判断方法，包括如下步骤SI，在功率模块的驱动端加载或撤销驱动信号时，采集该功率模块的输出端的输出信号和驱动端的驱动信号；S2，根据该驱动端的驱动信号建立输出端的输出信号的Volterra时域模型，并计算该Volterra时域模型的时域核值；以及S3，将时域核值与预定的正常值进行比较，根据比较结果判断该功率模块(100)的劣化状态。优选的,所述步骤S2中获取该Volterra时域模型的时域核值为一阶Volterra时域核值、二阶Volterra时域核值和三阶Volterra时域核值,相应的在步骤S3中,根据一阶Volterra时域核值、二阶Volterra时域核值和三阶Volterra时域核值与相应的预定的正常值进行比较来判断该功率模块的劣化状态。由于，本发明方法置以功率模块驱动端的驱动信号作为输入信号，通过辨识Volterra级数的时域核值的大小来判断该功率模块的劣化状态，因此本发明方法不需要外加激励而是利用自身信号对功率模块的劣化状态进行判断，从而提高功率模块劣化状态判 断的可靠性和准确性。
图1为本发明电源功率模块劣化状态在线判断装置一具体实施例的方框图。图2为图1所示电源功率模块劣化状态在线判断装置之功率模块的电路图。图3为本发明电源功率模块劣化状态在线判断方法的流程图。
具体实施例方式为了详细说明本发明的技术内容、所达成的目的及效果，下面将结合具体实施例并配合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。请参阅图1，其揭示本发明电源功率模块劣化状态在线判断装置的一个具体实施例。在本实施例中，该装置包括功率模块100、第一滤波单元200、第二滤波单元300、PWM单元400、信号采集单元500、信号处理单元600和警示单元700。其中，功率模块100是由电感Lg、电容Cds、Cgd, Cgs、导通电阻Rm、栅极电阻Ra、二极管D和三极管Q等电子元件组成，该功率模块100具有输入端110、输出端120和驱动端130，如图2所示。第一滤波单元200与功率模块100的输入端110连接，用于将交流大功率电源整形滤波后输入功率模块100。第二滤波单元300与功率模块100的输出端120连接，用于将功率模块100的输出信号进行整形滤波后输出线性直流大功率电源。PWM单元400分别与第二滤波单元300和功率模块100的驱动端130连接，PWM单元400根据第二滤波单元300的输出信号产生脉宽调制信号，该脉宽调制信号控制功率模块100之三极管Q的导通和关闭，从而实现预定的功率输出。信号采集单元500与功率模块100的输出端120和驱动端130连接，用于采集功率模块100的输出端120的输出信号和驱动端130的驱动信号。信号处理单元600将采集的功率模块100的输出信号和驱动信号进行处理。信号处理单元600根据对功率模块100的输出信号和驱动信号的处理结果判断功率模块100的劣化状态，以控制警示单元700是否发出警示信息。请参阅图3，本发明电源功率模块劣化状态在线判断方法的具体流程。该方法是SI，功率模块100的驱动端130在加载或撤销驱动信号时，采集该功率模块100的输出端120的输出信号和驱动端130的驱动信号；S2，根据该驱动端130的驱动信号建立输出端120的输出信号的Volterra时域模型，并计算该Volterra时域模型的时域核值；以及S2，将时域核值与预定的正常值进行比较，根据比较结果判断该功率模块100的劣化状态。在本实施例中，通过获取该输出端120的输出信号和驱动端130的驱动信号，建立离散Volterra时域模型,通过对该时域模型进行辨识获得Volterra级数的一阶阶Volterra时域核值、二阶Volterra时域核值和三阶Volterra时域核值,根据各时域核值与相应的正常值的偏离分析来判断该功率模块100的劣化状态。本发明发明电源功率模块劣化状态在线判断方法的具体原理如下功率模块100的驱动端130的驱动信号为一电压脉冲信号，该驱动信号的电压因不同的应用场景可能采用不同的电压，如5V电压、IOV电压等等。然而由于功率模块100含有电感、电容等储能性元件，因此在驱动端130在加载或撤销驱动信号时，功率模块100的输出信号是时变的，其用如下方程表示y (t) = h(t) · x(t)(I)其中，y(t)是输出信号，x(t)是驱动端130的驱动信号；h(t)是传函矩阵算子，h(t)可表示为
权利要求
1.一种电源功率模块劣化状态在线判断方法，其特征在于，包括如下步骤 S1，在功率模块(100)的驱动端(130)加载或撤销驱动信号时，采集该功率模块(100)的输出端(120)的输出信号和驱动端(130)的驱动信号； S2，根据该驱动端(130)的驱动信号建立输出端(120)的输出信号的Volterra时域模型，并计算该Volterra时域模型的时域核值；以及 S3，将时域核值与预定的正常值进行比较，根据比较结果判断该功率模块(100)的劣化状态。
2.如权利要求1所述的电源功率模块劣化状态在线判断方法，其特征在于所述步骤S2中获取该Volterra时域模型的时域核值为一阶Volterra时域核值、二阶Volterra时域核值和三阶Volterra时域核值,相应的在步骤S3中,根据一阶Volterra时域核值、二阶Volterra时域核值和三阶Volterra时域核值与相应的预定的正常值进行比较来判断该功率模块(100)的劣化状态。
全文摘要
本发明公开了一种电源功率模块劣化状态在线判断方法，包括在功率模块的驱动端加载或撤销驱动信号时，采集该功率模块的输出端的输出信号和驱动端的驱动信号；根据该驱动端的驱动信号建立输出端的输出信号的Volterra时域模型，并计算该Volterra时域模型的时域核值；以及将时域核值与预定的正常值进行比较，根据比较结果判断该功率模块100的劣化状态。由于，本发明方法不需要外加激励而是利用自身驱动信号作为激励输入信号，通过辨识Volterra级数的时域核值的大小来判断该功率模块的劣化状态，因此，本发明方法利用自身信号对功率模块的劣化状态进行判断，从而提高功率模块劣化状态判断的可靠性和准确性。
文档编号G01R31/00GK103018600SQ201210516838
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月6日 优先权日2012年12月6日
发明者吴立锋, 关永, 郑学艳, 李晓娟, 王国辉, 潘巍, 郑宇 申请人:首都师范大学