[发明专利]逆变器功率管开路故障的在线检测装置及检测方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及在线检测领域，具体涉及逆变器中的开路故障功率管的在线检测装置及方法。

背景技术

电压源逆变器供电的电机驱动和电源系统在航空航天、军事、工业等领域得到了广泛应用，如图1所示，而整个系统中逆变器的功率器件是最易发生故障的薄弱环节，逆变器的功率器件的可靠性直接影响到整个系统的正常工作。为了提高系统的可靠性，容错控制策略常被应用到功率变换单元中，实施容错控制的前提是对功率器件中的故障进行实时有效的检测、定位和隔离。

电压源逆变器应用的广泛性和脆弱性使得其故障检测具有更重要的意义。在众多针对逆变器功率管开路故障检测的专利和文献中，其方法大致分为两类：一类是根据逆变器后端负载电流来实现开路故障的检测，这类方法至少需要采样四分之一个电周期电流波形，检测速度慢，而且不适用于采用电流闭环控制策略的系统中；另一类方法是检测逆变器系统中某部分的电压值，并与理想中的电压相比较，根据电压误差获取功率管开路故障信息，这类方法检测速度快，不受电流闭环策略影响，但需要额外的电压传感器，增加了硬件成本和复杂度。

发明内容

本发明为了解决现有检测方法和装置中存在的检测速度慢，而且不适用于采用电流闭环控制策略的系统中的问题或需要额外的电压传感器，增加了硬件成本和复杂度的缺点，以及防止因功率管故障造成的系统停机，提高逆变器系统的可靠性提供检测保障，而提出了一种逆变器功率管开路故障的在线检测装置及检测方法。

逆变器功率管开路故障的在线检测装置由三个功率管开路故障的在线检测电路组成；所述的每个功率管开路故障的在线检测电路均由检测用光耦电路、逻辑电路和上升沿延时电路组成；每个功率管开路故障的在线检测电路设置有一路逆变器电路输入端、两路开关信号输入端和两路故障输出端；每个功率管开路故障的在线检测电路用于检测一个桥臂电路中的两个功率管的开路故障状态，检测用光耦电路的输入端为功率管开路故障的在线检测电路的逆变器电路输入端，上升沿延时电路的两个开关信号输入端为功率管开路故障的在线检测电路的两路开关信号输入端，逻辑电路的信号输入端连接检测用光耦电路的输出端，逻辑电路的两个开关信号输入端分别连接上升沿延时电路的开关信号输出端，逻辑电路的两个故障信号输出端分别为一个桥臂电路中的两个功率管的开路故障信号输出端。

逆变器功率管开路故障的在线检测方法是将逆变器功率管开路故障的在线检测装置中的三个功率管开路故障的在线检测电路分别与待测逆变器的三个桥臂电路进行连接，所述的功率管开路故障的在线检测电路对在线状态下的待测逆变器的一个桥臂电路中的两个功率管进行开路故障检测，其步骤如下：

步骤一：上升沿延时电路的两个开关信号输入端分别接收待测逆变器的一个桥臂电路中的两个功率管的开关信号s₊、s_{_}进行延时分别获得两个延时开关信号s'₊、s'_{_}，并将所述两个延时开关信号s'₊、s'_{_}发送给逻辑电路；同时检测用光耦电路的输入端接收所述桥臂电路在开关信号s₊、s_{_}控制下输出的信号，并将接收到的信号转换为逻辑信号u_o发送给逻辑电路；

步骤二：逻辑电路对输入的三个信号进行逻辑运算分别获得所述桥臂电路中两个开关管的故障状态：，，其中n为奇数、m为偶数；当F_Tn为0时，表示开关信号s₊所对应控制的功率管处于开路故障状态，否则表示正常；当F_Tm为0时，表示开关信号s_{_}所对应控制的功率管处于开路故障状态，否则表示正常。