CN104133131B - 一种igbt驱动故障检测及诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种IGBT驱动故障检测及诊断方法，IGBT驱动板产生故障，将故障信号传送给控制系统的主动单元；主动单元实时监测故障信号，当检测到IGBT驱动板发出的故障信号后，主动单元采集IGBT驱动板输出的故障信号，根据故障信号的表象进行分析和逻辑判断，输出保护控制信号；控制系统的通讯装置将主动单元输出的保护控制信号传输的其他相关系统；提示装置接收通讯装置输出的保护控制信号，直观表示故障解决方案；操作人员根据故障原因进行相应操作；故障排除后，控制系统重新上电，主动单元重新开始监测故障信号。本发明缩短了故障排查时间，提高了设备运行的稳定性达到良好的运行性能。
Description
技术领域
本发明属于变流器控制技术领域，更为具体地讲，涉及一种以IGBT为变换单元的驱动故障检测及诊断方法。
背景技术
变流器的应用领域越来越广泛，而其功率变换器件多以IGBT为主。然而，目前仍有诸多技术瓶颈制约着变流器的产业化和商业化发展，其中IGBT驱动技术是制约变流器发展的突出因素之一，IGBT驱动模块的安全、稳定运行是影响变流器整体性能最关键的因素，但由于应用需要，变流器一般工作在高电压、大电流状态，瞬间的状态突变引起的故障如果未能及时发现或判断而进行保护处理，则会引起严重故障，危及设备安全。
经过分析，传统的IGBT驱动故障检测及诊断方法是以驱动故障输出信号触发主控单元中断，进入设备停机流程。然而，对驱动故障不加以分析和判断而贸然停机，则会减少设备的运行时间，进而影响设备的经济效益，而直接停机也并非最佳处理方式，严重时也会对设备造成损害，而且，对故障原因不加以分析判断也会增加后期维护排查难度，延长分析排查时间，间接影响设备的经济效益。
为解决此问题，本申请提出了一种检测方法，该方法针对在IGBT驱动领域应用最广的基于CONCEPT公司2SC0435T驱动核的驱动控制系统，使用主动单元（MCU（微处理单元）或主动电路）对采集到的故障信号快速的进行处理和逻辑判断，采用电气隔离的方式输出检测结果，一方面通过主动单元内部预设的保护逻辑进行甄别和控制，根据故障信号的级别采取不同保护措施，另一方面直观方便的提示操作人员。该方法能准确可靠的检测IGBT的驱动故障，根据故障现象迅速做出分析判断，得出故障原因，并采取正确有效措施保护故障设备，有效降低了故障对设备的危害，并且大大缩短了故障原因排查时间。
发明内容
本发明的目的在于克服现有方法的缺点，提供一种IGBT驱动故障检测与诊断方法，通过该方法对驱动板的故障信号进行检测，并根据故障现象对故障的原因进行分析，缩短故障排查时间，提高设备运行的稳定性达到良好的运行性能。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种IGBT驱动故障检测与诊断方法，包括控制系统，其特征在于：所述控制系统包括主动单元、通讯装置，其步骤包括：
a、IGBT驱动板产生故障，在预设定的保持时间内不再响应控制系统发送的驱动控制信号，并将故障信号传送给控制系统的主动单元；
b、控制系统的主动单元实时监测故障信号，当检测到IGBT驱动板发出的故障信号后，在预设定的保持时间内，控制系统停止发送的驱动控制信号，主动单元采集IGBT驱动板输出的故障信号，根据故障信号的表象进行分析和逻辑判断，输出保护控制信号；
c、控制系统的通讯装置将主动单元输出的保护控制信号传输的其他相关系统；
d、提示装置接收通讯装置输出的保护控制信号，直观表示故障解决方案；
e、操作人员根据故障原因进行相应操作，断电检修；
f、故障排除后，控制系统重新上电，主动单元重新开始监测故障信号。
进一步的，所述故障信号包括：在IGBT上下桥臂发生短路情况下输出的IGBT短路故障，在驱动板供电电源低于正常工作电压范围情况下输出的驱动板供电电源欠压故障，在驱动板输出电源低于正常工作电压范围情况下输出的驱动板输出电源欠压故障以及在驱动板输出信号错误的情况下输出的驱动板信号输出故障；每一IGBT桥臂对应一路故障信号。
进一步的，步骤b中所述信号分析和逻辑判断是指检测故障信号所对应的IGBT桥臂，同时对故障信号电平的保持时间进行计数，将计数结果与预设定的保持时间进行对比，根据对比结果和故障信号出现的桥臂，对故障信号表象进行状态组合，主动单元根据不同的组合状态进行判断，即：
若故障信号同时出现在IGBT同一桥臂的上下桥臂，且故障信号电平保持时间在配置保持时间的±20%以内，则表示IGBT在工作中出现了短路，为故障类型1，即IGBT短路故障；
若故障信号单一的出现在IGBT某一桥臂的上桥臂或下桥臂，且故障信号电平保持时间在配置保持时间的±20%以内，则表示驱动板输出电源出现了欠压情况，为故障类型2，即驱动板输出电源欠压故障；
若故障信号出现在IGBT的全部桥臂，且故障信号电平保持时间小于配置保持时间的1%，，则表示驱动板输入电源出现了欠压情况，为故障类型3，即驱动板供电电源欠压故障；
若故障信号出现在IGBT某一或几个桥臂的上桥臂或下桥臂，且故障信号电平保持时间小于配置保持时间的1%，则表示驱动板输出信号受到了干扰，为故障类型4，即驱动板信号输出故障。
进一步的，当发现IGBT短路故障时，控制系统停止发送驱动信号，并通知其它相关系统停止功率变换工作，发出措施1解决方案信息：第一，检查驱动板开通电阻和关断电阻是否过小；第二，检查驱动信号是否同时开通；第三，IGBT上下桥臂是否发生短路；
当发现驱动板输出电源欠压故障时，控制系统停止发送驱动信号，发出措施2解决方案信息：第一，检查有源钳位回路中是否有双向TVS管；第二，增加输出电源的支撑电容容量；第三，降低开关频率；
当发现驱动板供电电源欠压故障时，控制系统停止发送驱动信号，发出措施3解决方案信息：第一，检查驱动板输出电源是否有短路；第二，增加驱动板供电电源的支撑电容容量；第三，增加驱动板供电电源的功率；
当发现驱动板信号输出故障时，控制系统正常发送驱动信号，若连续多次发生，则发出措施4解决方案信息：第一，检查故障输出电路配置是否正确；第二，检查输出电缆是否过长；第三，检查输出电路是否远离直流/交流母排。
进一步的，所述主动单元是MCU或主动电路。
进一步的，所述IGBT驱动板基于2SC0435T驱动核。
进一步的，所述通讯装置采用电气隔离的方式与其他相关系统连接。
进一步的，所述提示装置安装于控制系统设备外壳，并采用灯光颜色、闪烁等直观手段表示故障原因。
本发明的有益效果如下：
1.本发明基于2SC0435T驱动核的工作原理，实时检测驱动板的故障输出信号，根据故障输出信号的不同表象，判断故障发生的原因，改变了驱动故障原因不可知的情况，将原因通过直观的方式表现出来；
2.根据故障原因针对性的提出了保护措施，更加及时有效的保护设备，提高了设备的安全性；
3.根据故障原因针对性的提出了解决方案，更加准确的指明了故障原因的排查方向，缩短了后期原因的排查时间；
4.将因干扰引起的假故障与设备运行的真故障区别开来，减少了因误判断而停机的次数，提高了设备的运行效益。
附图说明
图1本发明的检测电路示意图。
图2为本发明的逻辑判断流程图。
具体实施方式
如图1所示，在100kW功率等级电机驱动控制器中以3只富士两单元封装型号2MBI900VXA-120-50的IGBT为功率变换单元组建三相全桥逆变电路，该IGBT模块驱动板核心为2SC0435T驱动核，每块驱动板驱动两个单元的IGBT，每个IGBT单元在驱动板上对应一路故障信号（故障信号为低电平有效），即逆变电路中有6路故障信号与DSP芯片相连，对应于逆变电路中6个IGBT单元的故障状态。通讯装置采用CAN通讯方式与整车控制器相连，采用并行通讯的方式与控制系统设备外壳的提示灯相连，CAN通讯和并行通讯均采用电气隔离的方式，隔离电压2000V。
如图1所示，其他系统为整车控制器，控制与控制系统相连的其他设备；提示装置为控制器外壳上的两颗LED，颜色一颗红色，一颗黄色，无故障的情况下全部熄灭。
如图1所示，设定故障信号保持时间为30ms，DSP采集故障信号并对其进行时间计数，将故障信号时间长度T与30ms（预设的故障信号保持时间）对比，结合故障发生的桥臂，对故障发生的表象进行状态组合。
如图2所示，根据故障信号的组合状态判断故障原因并采取相应措施：
当T在30±6ms以内，且故障信号同时出现在IGBT同一桥臂的上下桥臂，则表示IGBT在工作中出现了短路，进入故障1处理流程，控制系统停止发送驱动信号，通过CAN总线请求整车控制器断开电力供给，同时向控制器外壳上的提示装置输出IGBT短路故障，提示装置红色LED和黄色LED同时亮起，提示解决方案：第一，检查驱动板开通电阻和关断电阻是否过小；第二，检查驱动信号是否同时开通；第三，IGBT上下桥臂是否发生短路；
当T在30±6ms以内，且故障信号单一的出现在IGBT某一桥臂的上桥臂或下桥臂，则表示驱动板输出电源出现了欠压情况，进入故障2处理流程，控制系统停止发送驱动信号，控制系统向控制器外壳上的提示装置输出电源欠压故障，提示装置红色LED亮起，黄色LED熄灭，提示解决方案：第一，检查有源钳位回路中是否有双向TVS管；第二，增加输出电源的支撑电容容量；第三，降低开关频率；
当T＜3ms，且故障信号出现在IGBT的全部桥臂，则表示驱动板输入电源出现了欠压情况，进入故障3处理流程，控制系统停止发送驱动信号，向控制器外壳上的提示装置输出驱动板供电电源欠压故障，提示装置红色LED闪烁，闪烁时间间隔为1s，黄色LED熄灭，提示解决方案：第一，检查驱动板输出电源是否有短路；第二，增加驱动板供电电源的支撑电容容量；第三，增加驱动板供电电源的功率；
当T＜3ms，且故障信号出现在IGBT某一或几个桥臂的上桥臂或下桥臂，并在一分钟内发生10次以上，则表示驱动板输出信号受到了干扰，进入故障4处理流程，控制系统向控制器外壳上的提示装置输出驱动板信号输出故障，提示装置红色LED熄灭，黄色LED亮起，提示解决方案：第一，检查故障输出电路配置是否正确；第二，检查输出电缆是否过长；第三，检查输出电路是否远离直流/交流母排。
对于具体实施方式的理解的描述仅仅是为帮助理解本发明，而不是用来限制本发明的。本领域技术人员均可以利用本发明的思想进行一些改动和变化，只要其技术手段没有脱离本发明的思想和要点，仍然在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种IGBT驱动故障检测与诊断方法，包括控制系统，其特征在于：所述控制系统包括主动单元、通讯装置，其步骤包括：
a、IGBT驱动板产生故障，在预设定的保持时间内不再响应控制系统发送的驱动控制信号，并将故障信号传送给控制系统的主动单元；
b、控制系统的主动单元实时监测故障信号，当检测到IGBT驱动板发出的故障信号后，在预设定的保持时间内，控制系统停止发送驱动控制信号，主动单元采集IGBT驱动板输出的故障信号，根据故障信号的表象进行分析和逻辑判断，输出保护控制信号；
c、控制系统的通讯装置将主动单元输出的保护控制信号传输到其他相关系统；
d、提示装置接收通讯装置输出的保护控制信号，直观表示故障解决方案；
e、操作人员根据故障原因进行相应操作，断电检修；
f、故障排除后，控制系统重新上电，主动单元重新开始监测故障信号；
所述故障信号包括：在IGBT上下桥臂发生短路情况下输出的IGBT短路故障，在驱动板供电电源低于正常工作电压范围情况下输出的驱动板供电电源欠压故障，在驱动板输出电源低于正常工作电压范围情况下输出的驱动板输出电源欠压故障以及在驱动板输出信号错误的情况下输出的驱动板信号输出故障；每一IGBT桥臂对应一路故障信号；
步骤b中所述分析和逻辑判断是指检测故障信号所对应的IGBT桥臂，同时对故障信号电平的保持时间进行计数，将计数结果与预设定的保持时间进行对比，根据对比结果和故障信号出现的桥臂，对故障信号表象进行状态组合，主动单元根据不同的组合状态进行判断，即：
若故障信号同时出现在IGBT同一桥臂的上下桥臂，且故障信号电平保持时间在配置保持时间的±20%以内，则表示IGBT在工作中出现了短路，为故障类型1，即IGBT短路故障；
若故障信号单一的出现在IGBT某一桥臂的上桥臂或下桥臂，且故障信号电平保持时间在配置保持时间的±20%以内，则表示驱动板输出电源出现了欠压情况，为故障类型2，即驱动板输出电源欠压故障；
若故障信号出现在IGBT的全部桥臂，且故障信号电平保持时间小于配置保持时间的1%，则表示驱动板输入电源出现了欠压情况，为故障类型3，即驱动板供电电源欠压故障；
若故障信号出现在IGBT某一或几个桥臂的上桥臂或下桥臂，且故障信号电平保持时间小于配置保持时间的1%，则表示驱动板输出信号受到了干扰，为故障类型4，即驱动板信号输出故障。
2.根据权利要求1所述的一种IGBT驱动故障检测与诊断方法，其特征在于：当发现IGBT短路故障时，控制系统停止发送驱动信号，并通知其它相关系统停止功率变换工作，发出措施1解决方案信息：第一，检查驱动板开通电阻和关断电阻是否过小；第二，检查驱动信号是否同时开通；第三，IGBT上下桥臂是否发生短路；
当发现驱动板输出电源欠压故障时，控制系统停止发送驱动信号，发出措施2解决方案信息：第一，检查有源钳位回路中是否有双向TVS管；第二，增加输出电源的支撑电容容量；第三，降低开关频率；
当发现驱动板供电电源欠压故障时，控制系统停止发送驱动信号，发出措施3解决方案信息：第一，检查驱动板输出电源是否有短路；第二，增加驱动板供电电源的支撑电容容量；第三，增加驱动板供电电源的功率；
当发现驱动板信号输出故障时，控制系统正常发送驱动信号，若连续多次发生，则发出措施4解决方案信息：第一，检查故障输出电路配置是否正确；第二，检查输出电缆是否过长；第三，检查输出电路是否远离直流/交流母排。
3.根据权利要求1所述的一种IGBT驱动故障检测与诊断方法，其特征在于：所述主动单元是MCU或主动电路。
4.根据权利要求1所述的一种IGBT驱动故障检测与诊断方法，其特征在于：所述IGBT驱动板基于2SC0435T驱动核。
5.根据权利要求1所述的一种IGBT驱动故障检测与诊断方法，其特征在于：所述通讯装置采用电气隔离的方式与其他相关系统连接。
6.根据权利要求1所述的一种IGBT驱动故障检测与诊断方法，其特征在于： 所述提示装置安装于控制系统设备外壳，并采用灯光颜色、闪烁直观手段表示故障原因。
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