一种基于多重化Boost变换器中开关管故障实时快速诊断方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于多重化Boost变换器中开关管故障实时快速诊断方法，所述多重化Boost变换器包括m个Boost电路支路，每个支路的开关管PWM信号的周期均为T

【技术实现步骤摘要】
一种基于多重化Boost变换器中开关管故障实时快速诊断方法及装置
本专利技术属于电路故障诊断
，具体涉及一种基于多重化Boost变换器中开关管故障实时快速诊断方法及装置。
技术介绍
随着新能源的发展，太阳能路灯逐渐兴起。对于日光充足地区适合大规模使用太阳能路灯，但该地区可能自然条件恶劣，白天太阳直射温度较高且太阳能路灯耸立在空旷地区，更易遭受到雷击，易在造成功率变换器损坏。实践表明，功率开关管是变换器中最脆弱的一环，绝大数故障表现为功率开关管的开路和短路。功率开关管的损坏有可能会增加电路中其他元件的电压和电流应力，如果不及时切除故障，将会导致二次故障，最终造成整个系统的崩溃。为了保证路灯的供电照明，要求变换器即使出现开关管损坏，也需要能够继续工作。因此开关管故障的在线实时检测与变换器容错并调整控制策略对提高太阳能路灯供电系可靠性具有重要意义。变换器应当选择具有备用支路的拓扑结构，多重化变换器恰好满足这一设计需求。除此之外，多重化DC/DC变换器的多重并联结构可提升变换器功率容量，同时提升其等效开关频率，在电流纹波及谐波特性方面具有显著优势。适用于大功率电能变换的场合。为了实现在线纠错，首先要检测到电路出现的故障。故障的检测有很多种方法，例如在电流连续模式下，对驱动信号占空比分区间分析，得到输入电流的特征，再对输入电流采样分析。这种方法在工程上，对电流采样的精准度要求较高。但在极端条件下，运算放大器等模拟元件受到温度等环境因素的影响较大，不适用于本设计。有的专利技术通过在开关管对地之间串入保险丝，若短路达到设定的最大电流熔断保险丝，将短路转化为开路连同断路一起分析。但是如果设定固定电流作为短路的判断，则电流可能需要一定时间才能到达设定的最大电流。这个设定值过高对元器件有冲击且不够灵敏，反之，设定值过低易出现由于电流正常波动或短时冲击引起的误判断，稳定性不易保证。而且随着负载的变化，设定的电流标准也会不一样，最大电流不易整定。而有的专利技术以三重化电路为整体，同样地将占空比分段分析，分类讨论的情况较多，且分析难度较大，且拓展到高次重化数更加复杂。有的专利技术基于电感电流形状，通过单个现场可编程门阵列实施检测和故障诊断，可实现识别和处理开关短路、开路故障。但是也存在诊断方法复杂，难实现，成本高的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种基于多重化Boost变换器中开关管故障实时快速诊断方法及装置。为解决上述技术问题，本专利技术第一方面提供了一种基于多重化Boost变换器中开关管故障实时快速诊断方法，所述多重化Boost变换器包括m个Boost电路支路，每个支路的开关管PWM信号的周期均为Ts，所述开关管的开关频率为fsw，占空比均为D，相邻支路的PWM信号的相位依次相差Ts/m，其中m为大于1的整数，所述方法包括：同时获取第n条Boost电路支路中电感Ln的电压Ukn和开关管Sn的控制信号PWMn，其中n为大于等于1且小于等于m的整数；当所述控制信号PWMn为高电平且Ukn为负电压或者零电压且时，则判断所述开关管Sn发生OCF故障，生成故障信号Fault；当所述控制信号PWMn为低电平且Ukn为正电压时，则判断所述开关管Sn发生SCF故障，生成故障信号Faultn。结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述方法进一步包括:获取所述电压Ukn的跳变落后后于所述控制信号PWMn的跳变的时间差Δt；设定一个动作时间tact，tact大于Δt；当所述故障信号Faultn持续时间超过tact时，则判断所述开关管Sn确实发生故障，生成故障动作信号Faultactn。结合第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述方法进一步包括：当检测到所述故障动作信号Faultactn时，断开所述第n条Boost电路支路；将剩余Boost电路支路的相邻支路的PWM信号的相位调整为依次相差Ts/(m-1)。结合第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述方法进一步包括：将所述开关管的开关频率调整为为解决上述技术问题，本专利技术第二方面提供了一种基于多重化Boost变换器中开关管故障实时快速诊断装置，所述多重化Boost变换器包括m个Boost电路支路，每个支路的开关管PWM信号的周期均为Ts，所述开关管的开关频率为fsw，占空比均为D，相邻支路的PWM信号的相位依次相差Ts/m，其中m为大于1的整数，所述装置包括：捕获模块，用于同时获取第n条Boost电路支路中电感Ln的电压Ukn和开关管Sn的控制信号PWMn，其中n为大于等于1且小于等于m的整数；判断模块，用于进行以下判断：当所述控制信号PWMn为高电平且Ukn为负电压或者零电压且时，则判断所述开关管Sn发生OCF故障，获得故障信号Fault；当所述控制信号PWMn为低电平且Ukn为正电压时，则判断所述开关管Sn发生SCF故障，获得故障信号Faultn。结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，所述装置还包括：延时判断模块，用于获取所述电压Ukn的跳变落后于所述控制信号PWMn的跳变的时间差Δt；设定一个动作时间tact，tact大于Δt；当所述故障信号Faultn持续时间超过tact时，则判断所述开关管Sn确实发生故障，生成故障动作信号Faultactn。结合第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述装置还包括：故障处理模块，用于当检测到所述故障动作信号Faultactn时，断开所述第n条Boost电路支路；将剩余Boost电路支路的相邻支路的PWM信号的相位调整为依次相差Ts/(m-1)。结合第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述故障处理模块还用于将所述开关管的开关频率调整为与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：可以对多重化Boost变换器中开关管的故障进行实时诊断。附图说明图1示出了多重化BOOST变换器的拓扑结构；图2示出了多重化BOOST变换器的单个支路的电路图；图3示出了CCM和DCM下的电感电流波形图；图4示出了CCM和DCM下的电感电流和电感电压波形图；图5示出了根据本专利技术一实施例的开关管故障实时快速诊断方法的流程图；图6示出了根据本专利技术一实施例CCM和DCM下的电感电流和电感电压波形图；图7示出了根据本专利技术一实施例的开关管故障实时快速诊断方法的流程图；图8示出了根据本专利技术一实施例的考虑延时效应的电路波形和故障诊断信号图；图9示出了根据本专利技术一实施例的开关管故障实时快速诊断方法的流程图；图10示出了根据本专利技术一实施例的开关管故障实时快速诊断装置的模块框图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多重化Boost变换器中开关管故障实时快速诊断方法，所述多重化Boost变换器包括m个Boost电路支路，每个支路的开关管PWM信号的周期均为T

【技术特征摘要】
1.一种基于多重化Boost变换器中开关管故障实时快速诊断方法，所述多重化Boost变换器包括m个Boost电路支路，每个支路的开关管PWM信号的周期均为Ts，所述开关管的开关频率为fsw，占空比均为D，相邻支路的PWM信号的相位依次相差Ts/m，其中m为大于1的整数，其特征在于，所述方法包括：
同时获取第n条Boost电路支路中电感Ln的电压Ukn和开关管Sn的控制信号PWMn，其中n为大于等于1且小于等于m的整数；
当所述控制信号PWMn为高电平且Ukn为负电压或者零电压且时，则判断所述开关管Sn发生OCF故障，生成故障信号Fault；
当所述控制信号PWMn为低电平且Ukn为正电压时，则判断所述开关管Sn发生SCF故障，生成故障信号Faultn。


2.根据权利要求1所述的基于多重化Boost变换器中开关管故障实时快速诊断方法，其特征在于,所述方法进一步包括:
获取所述电压Ukn的跳变落后后于所述控制信号PWMn的跳变的时间差Δt；
设定一个动作时间tact，tact大于Δt；
当所述故障信号Faultn持续时间超过tact时，则判断所述开关管Sn确实发生故障，生成故障动作信号Faultactn。


3.根据权利要求2所述的基于多重化Boost变换器中开关管故障实时快速诊断方法，其特征在于,所述方法进一步包括：
当检测到所述故障动作信号Faultactn时，断开所述第n条Boost电路支路；
将剩余Boost电路支路的相邻支路的PWM信号的相位调整为依次相差Ts/(m-1)。


4.根据权利要求3所述的基于多重化Boost变换器中开关管故障实时快速诊断方法，其特征在于,所述方法进一步包括：
将所述开关管的开关频率调整为


5.一种基...

【专利技术属性】
技术研发人员：许正望，张小华，刘卓勋，秦筠婷，刘金健，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42