全控桥式拓扑电路中功率管的故障诊断方法

1.本发明涉及一种全控桥式拓扑电路中功率管的故障诊断方法。


背景技术：

2.近年来，随着全控桥式电路的进一步推广应用，桥式电路的研究得到了极大关注，尤其是关于其故障诊断方面。由于全控桥式电路中的功率开关器件，多采用mosfet或者igbt等，在系统中属于薄弱的环节，功率开关器件的损毁会导致整个电路无法正常工作。所以，需要一种功率管的故障诊断方法，可以快速检测功率管的故障类型，并对故障点进行快速定位，以便于对故障进行快速处理，提高全控桥式电路的可靠性。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提出一种全控桥式拓扑电路中功率管的故障诊断方法，其故障检测精度高，速度快，且易于实施。
4.给测试电路中的测试开关发送断开驱动信号，使得测试电阻接入电路；
5.向所有与桥臂上管并联的辅助开关发送低电平关断信号；
6.向全桥式电路中的所有功率管发送低电平驱动信号；
7.检测并记录各个桥臂的实际输出电压u
x
以及直流母线中的电流i
dc
；
8.依次向待测桥臂的功率管发送不同的控制信号，同时检测并记录该桥臂的实际输出电压u
x
以及直流母线中的电流i
dc
；
9.根据故障类型与桥臂实际输出电压及母线电流之间的关系，诊断桥臂上下功率管的故障状态；
10.如果桥臂的上下管故障仍未检测出，则向与待测桥臂上管并联的辅助开关发送高电平闭合信号；
11.分别向待测桥臂的下管发送关断和闭合驱动信号，同时检测并记录各个桥臂的实际输出电压u
x
以及直流母线中的电流i
dc
；
12.再次根据故障类型与桥臂实际输出电压u
x
以及直流母线中的电流i
dc
之间的关系，诊断桥臂上下功率管的故障状态；
13.按照上述步骤对全控桥式电路其它桥臂中的功率管进行故障诊断。
14.优选的，全控桥式拓扑电路中功率开关管为mosfet管，或者igbt管；辅助开关为mosfet管，或者igbt管，或者继电器。
15.优选的，测试开关为mosfet管，或者igbt管，或者继电器，或者接触器。其中，优选常闭型的继电器和接触器。
16.本发明的优点为：
17.1)在含有全控桥式电路的初始化自检过程中，对出现的故障能够迅速准确的检测出故障类型和故障位置，可以起到提前预警的作用。
18.2)相比现有的全控桥式电路中功率管的故障诊断方法，本发明的全控桥式电路故
障检测技术的原理是利用辅助开关与功率开关管不同开关状态下，桥式电路中功率管的故障类型与桥臂输出电压和直流母线电流的对应关系。本发明能够提高全控桥式电路中功率管的故障检测精度与效率，缩短故障排查时间。
附图说明
19.通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：
20.图1为根据本发明全控桥式电路故障诊断方法一实施例的流程示意图；
21.图2为三相全桥逆变器的一个实施例的拓扑结构示意图；
22.图3为三相全桥逆变器的一个桥臂上管短路，下管正常时的电路示意图；
23.图4为三相全桥逆变器的一个桥臂上管短路，下管开路时的电路示意图；
24.图5为三相全桥逆变器的一个桥臂上管正常，下管短路时的电路示意图；
25.图6为三相全桥逆变器的一个桥臂上管正常，下管正常时的电路示意图；
26.图7为三相全桥逆变器的一个桥臂上管正常，下管开路时的电路示意图；
27.图8为三相全桥逆变器的一个桥臂上管短路，下管短路时的电路示意图；
28.图9为三相全桥逆变器的一个桥臂上管开路，下管短路时的电路示意图；
29.图10为三相全桥逆变器的一个桥臂上管开路，下管正常时的电路示意图；
30.图11为三相全桥逆变器的一个桥臂上管开路，下管开路时的电路示意图；
31.100、检测电路；200、采样电路；300、控制电路；400、驱动电路；500、全控桥式电路；e、直流电源；ce、平波电容；r
test
、测试电阻；s
test
、测试开关；fa、a桥臂快速熔断丝；s
a1
、a桥臂的上功率管；s
a2
、a桥臂的下功率管；sa、a桥臂的辅助开关；fb、b桥臂快速熔断丝；s
b1
、b桥臂的上功率管；s
b2
、b桥臂的下功率管；sb、b桥臂的辅助开关；fc、c桥臂快速熔断丝；s
c1
、c桥臂的上功率管；s
c2
、c桥臂的下功率管；sc、c桥臂的辅助开关.
具体实施方式
32.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.针对桥式电路故障诊断定位难，故障诊断效率低的问题，本发明提出一种全控桥式拓扑电路中功率管的故障诊断方法，该桥式拓扑包括至少一个桥臂，该方法包括以下步骤：
34.s1，给测试电路中的测试开关发送断开驱动信号，使得测试电阻接入电路；
35.s2，向所有与桥臂上管并联的辅助开关发送低电平关断信号；
36.s3，向全桥式电路中的所有功率管发送低电平驱动信号；
37.s4，检测并记录所测桥臂的实际输出电压u
x
以及直流母线中的电流i
dc
；
38.s5，根据故障类型与桥臂实际输出电压u
x
及母线电流i
dc
之间的关系，诊断桥臂上下功率管的故障状态；其中，以图2所示的三相桥式逆变器中的a桥臂为例，
39.如果u
ref-δu≤ua≤u
ref
+δu，且i
dc
＝0，则继续向被测桥臂发送上管关断，下管闭
合的驱动信号，1)如果i
ref-δi≤i
dc
≤i
ref
+δi,则判断被测桥臂的上管短路，下管正常(见图3)；2)如果i
dc
＝0，则判断被测桥臂的上管短路，下管开路(见图4)；
40.其中，u
ref
为被测桥臂的输出参考电压e，δu为电压误差的最大范围；i
ref
为被测桥臂直流母线上的参考电流e/r
test
，δi为电流误差的最大范围。
41.s6，进一步地，如果ua＝0，且i
dc
＝0，则继续向被测桥臂发送上管闭合，下管断开的驱动信号，如果u
ref-δu≤ua≤u
ref
+δu，且i
ref-δi≤i
dc
≤i
ref
+δi，则判断被测桥臂的上管正常，下管短路(见图5)。
42.s7，进一步地，如果ua＝0，且i
dc
＝0，则继续向被测桥臂发送上管闭合，下管断开的驱动信号，如果u
ref-δu≤ua≤u
ref
+δu，且i
dc
＝0，则继续向被测桥臂发送上管闭合，下管闭合的驱动信号，1)如果u
ref-δu≤ua≤u
ref
+δu，且i
ref-δi≤i
dc
≤i
ref
+δi，则被测桥臂的上管和下管都正常(见图6)；2)如果u
ref-δu≤ua≤u
ref
+δu，且i
dc
＝0，则被测桥臂的上管正常，下管开路(见图7)。
43.s8，进一步地地，如果ua＝0，且i
dc
＝0，则继续向被测桥臂发送上管闭合，下管断开的驱动信号，或者继续向被测桥臂发送上管闭合，下管闭合的驱动信号，如果ua＝0，且i
dc
＝0，则向被测桥臂的辅助开关发送闭合信号，向被测桥臂的下管发送断开信号，1)如果ua＝0，且i
dc
＝0，则测桥臂的上管短路，下管短路(见图8)；2)如果u
ref-δu≤ua≤u
ref
+δu，且i
ref-δi≤i
dc
≤i
ref
+δi，则被测桥臂的上管开路，下管短路(见图9)。
44.s9，更进一步地，如果ua＝0，且i
dc
＝0，则继续向被测桥臂发送上管闭合，下管断开的驱动信号，或者继续向被测桥臂发送上管闭合，下管闭合的驱动信号，如果ua＝0，且i
dc
＝0，则向被测桥臂的辅助开关发送闭合信号，向被测桥臂的下管发送断开信号，如果u
ref-δu≤ua≤u
ref
+δu，且i
dc
＝0，则继续向被测桥臂发送下管闭合的驱动信号，1)如果u
ref-δu≤ua≤u
ref
+δu，且i
ref-δi≤i
dc
≤i
ref
+δi，则被测桥臂的上管开路，下管正常(见图10)；2)如果u
ref-δu≤ua≤u
ref
+δu，且i
dc
＝0，则被测桥臂的上管开路，下管开路(见图11)。
45.s10，按照上述步骤对全控桥式电路其它桥臂中的功率管进行故障诊断。
46.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。