一种电力电子变换器开关管漏电流在线监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电力电子变换器开关管漏电流在线监测装置及方法，该装置包括Buck变换器主电路、辅助开关管和峰值检测电路。工作时，首先根据Buck电路主功率开关管的控制信号，给出辅助开关管的控制信号；然后检测辅助开关管两端关断期间的电压峰值；最后根据辅助开关管两端关断期间的电压峰值以及其关断时间计算出Buck电路主功率开关管的漏电流大小。本发明专利技术能够实现电力电子变换器中开关管的漏电流在线监测，为开关管的寿命预测提供依据。

Device and method for on-line monitoring leakage current of switch tube of power electronic converter

The invention discloses an on-line monitoring device and a method for leakage current of a switching circuit of a power electronic converter, which comprises a Buck converter, a main circuit, an auxiliary switch tube and a peak detection circuit. When working, according to the control signal of the Buck circuit of the main power switch, auxiliary switch control signal is given; then the detection auxiliary switch turn off voltage at both ends during the peak; according to the auxiliary switch turn off voltage at both ends during the peak and off time to calculate the leakage current of Buck main power switch circuit the. The invention can realize the on-line monitoring of the leakage current of the switch tube in the power electronic converter, and provide the basis for the life prediction of the switch tube.

【技术实现步骤摘要】
一种电力电子变换器开关管漏电流在线监测装置及方法
本专利技术涉及电能变换装置中的监测
，尤其涉及一种电力电子变换器开关管漏电流在线监测装置及方法。
技术介绍
系统故障预测与健康管理(PrognosticsandHealthManagement,PHM)是一种全面故障检测、隔离和预测及健康管理技术。通过监测系统的故障特征参数，借助各种推理算法来估计系统自身的健康状况，在系统故障发生前对其故障能尽早监测且能有效预测，准确定位退化或故障部位，并结合各种信息资源给出维修计划，从而实现系统的视情维修和自主式保障，对降低维护费用、保障系统的可靠性与安全性、提高战备完好率和任务成功率具有十分重要的意义。PHM主要包括故障预测及健康管理两大部分，其中故障预测是实现系统健康管理的基础。电力电子技术的应用可大大提高电能变换装置功率密度，减小体积和重量。随着多电和全电飞机的发展，飞机用电量不断增加，机载电力电子设备越来越多，因此对机载电力电子变换装置的可靠性、可维护性及可测试性提出了更高的要求，电力电子系统的PHM的重要性也随之提高。根据故障性质不同，电力电子变换电路的故障主要可分为结构性故障和参数性故障。结构性故障指电路器件出现短路、断路而导致电路拓扑发生变化的故障。参数性故障指由于电力电子系统的器件参数退化而导致的软故障。参数性故障通常不会立即使系统瘫痪，但是会引起输出特性的改变，使系统的工作性能和可靠性降低；若能及时预测参数性故障，则可以避免演变为更为恶劣的系统结构性故障以及结构性故障导致的更严重的影响，大大提高系统可靠性。因此实现故障预测的关键是特征参数的准确提取。功率开关管是电力电子变换电路的重要组成部分，也是故障率较高的部分。漏电流变大是功率开关管衰退的重要特征之一。由于漏电流较小，在电力电子电路中难以提取，因而漏电流的在线提取方法还未见报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中所涉及到的缺陷，提供一种电力电子变换器开关管漏电流在线监测装置及方法，能够实时监测漏电流的变化，为功率开关管的寿命预测奠定基础。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种电力电子变换器开关管漏电流在线监测装置，包括Buck变换器主功率电路、辅助开关管Sa和峰值检测电路；所述Buck变换器主功率电路包括输入电压源Vin、滤波电感Lf、滤波电容Cf、续流二极管D、功率开关管S和负载RL；所述输入电压源Vin负极接地、正极和所述功率开关管S的漏极相连；所述功率开关管S的源极分别和辅助开关管Sa的漏极、峰值检测电路的正极相连；所述辅助开关管Sa的源极分别和峰值检测电路的负极、二极管D的阴极、滤波电感Lf的一端相连；所述滤波电感Lf的另一端分别和滤波电容Cf的正极、负载RL的一端相连；所述二极管D的阳极、滤波电容Cf的负极、负载RL的另一端均接地。作为本专利技术一种电力电子变换器开关管漏电流在线监测装置进一步的优化方案，所述的功率开关管为MOSFET或IGBT。本专利技术还公开了一种基于该电力电子变换器开关管漏电流在线监测装置的监测方法，包含以下步骤：步骤A)，根据Buck电路主功率开关管S的控制信号，给出辅助开关管Sa的控制信号：当Buck电路功率开关管S开通时，辅助开关管Sa保持开通状态；当Buck电路功率开关管S关断时，给辅助开关管Sa一个关断时间为Toff_sa的关断信号，Toff_sa小于开关管S的关断时间；步骤B)，检测辅助开关管Sa两端关断期间的电压峰值VAB_peak；步骤C)，根据辅助开关管Sa两端关断期间的电压峰值VAB_peak以及其关断时间Toff_sa计算出Buck电路主功率开关管的漏电流Ileak大小：其中，Cds_sa为辅助开关管低压处的漏源极结电容大小。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1.不影响变换器的正常工作；2.在线监测开关管的漏电流，为开关管的寿命预测提供依据；3.监测方法简单易实现。附图说明图1为Buck电路开关管漏电流监测装置结构示意图；图2为Buck电路开关管漏电流监测装置工作波形图；图3为本专利技术仿真波形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：如图1所示，本专利技术公开了一种电力电子变换器开关管漏电流在线监测装置，包括Buck变换器主功率电路、辅助开关管Sa、峰值检测电路；所述Buck变换器主功率电路包括输入电压源Vin、滤波电感Lf、滤波电容Cf、续流二极管D、功率开关管S和负载RL；所述输入电压源Vin负极接地、正极和所述功率开关管S的漏极相连；所述功率开关管S的源极分别和辅助开关管Sa的漏极、峰值检测电路的正极相连；所述辅助开关管Sa的源极分别和峰值检测电路的负极、二极管D的阴极、滤波电感Lf的一端相连；所述滤波电感Lf的另一端分别和滤波电容Cf的正极、负载RL的一端相连；所述二极管D的阳极、滤波电容Cf的负极、负载RL的另一端均接地。所述的功率开关管为MOSFET或IGBT。图2为Buck变换器开关管漏电流监测装置工作波形图。当开关管S导通，Sa也导通时，Sa两端电压为其导通压降；当开关管S关断，Sa导通时，Sa两端电压为0；当开关管S关断，Sa关断瞬间，Sa可等效为其结电容Cds_sa，流过S的漏电流给Cds_sa充电，根据公式：由于该充电过程较慢，S两端电压变化量不大，S的漏电流可以假设为一定值，因而根据Sa两端关断期间的电压峰值VAB_peak以及其关断时间Toff_sa计算出Buck电路主功率开关管的漏电流Ileak大小：本专利技术还公开了一种基于该电力电子变换器开关管漏电流在线监测装置的监测方法，具体实施步骤如下：步骤A)，根据Buck电路主功率开关管S的控制信号，给出辅助开关管Sa的控制信号：当Buck电路功率开关管S开通时，辅助开关管Sa保持开通状态；当Buck电路功率开关管S关断时，给辅助开关管Sa一个关断时间为Toff_sa的关断信号，Toff_sa小于开关管S的关断时间；步骤B)，检测辅助开关管Sa两端关断期间的电压峰值VAB_peak；步骤C)，根据辅助开关管Sa两端关断期间的电压峰值VAB_peak以及其关断时间Toff_sa计算出Buck电路主功率开关管的漏电流Ileak大小，计算公式如下：其中，Cds_sa为辅助开关管低压处的漏源极结电容大小。图3分别给出了主功率管S漏电流为100μA与200μA时、辅助开关管Sa两端电压的仿真波形图，可以看出，辅助开关管Sa关断期间两端电压的峰值与漏电流大小成正比，验证了本方法理论的正确性。本
技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。以上所述的具体实施方式，对本专利技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本专利技术的具体实施方式而已，并不用于限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力电子变换器开关管漏电流在线监测装置，其特征在于，包括Buck变换器主功率电路、辅助开关管S

【技术特征摘要】
1.一种电力电子变换器开关管漏电流在线监测装置，其特征在于，包括Buck变换器主功率电路、辅助开关管Sa和峰值检测电路；所述Buck变换器主功率电路包括输入电压源Vin、滤波电感Lf、滤波电容Cf、续流二极管D、功率开关管S和负载RL；所述输入电压源Vin负极接地、正极和所述功率开关管S的漏极相连；所述功率开关管S的源极分别和辅助开关管Sa的漏极、峰值检测电路的正极相连；所述辅助开关管Sa的源极分别和峰值检测电路的负极、二极管D的阴极、滤波电感Lf的一端相连；所述滤波电感Lf的另一端分别和滤波电容Cf的正极、负载RL的一端相连；所述二极管D的阳极、滤波电容Cf的负极、负载RL的另一端均接地。2.根据权利要求1所述的电力电子变换器开关管漏电流在线监测装置，其特征在于，所述的功率开关管为MOSFET或IGBT。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：任磊，龚春英，沈茜，姚鑫，罗顺恒，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32