CN106226682B - 功率因数校正器及其电流检测电路的故障诊断方法、装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功率因数校正器及其电流检测电路的故障诊断方法、装置，所述功率因数校正器包括电感、功率开关管和二极管，所述电流检测电路包括采样电阻和信号调理电路，所述方法包括以下步骤：在对电流检测电路进行故障诊断时，通过电流检测电路获取功率因数校正器的输入电流；根据输入电流计算功率因数校正器的输入电流变化率；以及根据输入电流和输入电流变化率判断采样电阻和信号调理电路是否发生故障。该方法通过对电流检测电路获取的输入电流及输入电流变化率的判断，即可实现对电流检测电路的故障诊断，方法简单可靠，易于实现。

Description

功率因数校正器及其电流检测电路的故障诊断方法、装置
技术领域
本发明涉及功率因数校正技术领域，特别涉及一种功率因数校正器及其电流检测电路的故障诊断方法、装置。
背景技术
多数家用电器采用如下电路拓扑：单相交流电源经过不可控整流输出脉动的直流电压，再经过功率因数校正器调节输出稳定的直流电压，然后接至大容量的电解电容，最后再给内部开关电源和主要负载供电。其中，功率因数校正器常用Boost型PFC(Power FactorCorrection，功率因数校正)电路，即主要由电感、功率开关管和二极管组成，通过检测PFC电路输入侧直流电压、PFC电路输出侧直流电压以及PFC电流进行功率因数校正控制。
其中，PFC电路输入侧直流电压和PFC电路输出侧直流电压的信号检测，一般是采用简单有效的电阻分压方法检测。而PFC电流检测较为复杂，需要通过电流采样电阻，再经过信号调理电路(统称为电流检测电路)，然后接到控制器的模数转换外设上进行电流信号检测。其中，当电流检测电路发生故障时，将导致电流无法检测或者检测的电流出现较大偏差，进而导致功率因数校正控制失效等。因此，需要对电流检测电路进行故障诊断。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的第一个目的在于提出一种功率因数校正器的电流检测电路的故障诊断方法，该方法通过对电流检测电路获取的输入电流及输入电流变化率的判断，即可实现对电流检测电路的故障诊断，方法简单可靠，易于实现。
本发明的第二个目的在于提出一种功率因数校正器的电流检测电路的故障诊断装置。
本发明的第三个目的在于提出一种功率因数校正器。
为实现上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种功率因数校正器的电流检测电路的故障诊断方法，所述功率因数校正器包括电感、功率开关管和二极管，所述电流检测电路包括采样电阻和信号调理电路，所述方法包括以下步骤：在对所述电流检测电路进行故障诊断时，通过所述电流检测电路获取所述功率因数校正器的输入电流；根据所述输入电流计算所述功率因数校正器的输入电流变化率；以及根据所述输入电流和所述输入电流变化率判断所述采样电阻和所述信号调理电路是否发生故障。
根据本发明实施例的功率因数校正器的电流检测电路的故障诊断方法，在对电流检测电路进行故障诊断时，通过电流检测电路获取功率因数校正器的输入电流，并根据输入电流计算功率因数校正器的输入电流变化率，以及根据输入电流和输入电流变化率判断采样电阻和信号调理电路是否发生故障，从而实现对电流检测电路的故障诊断，并且简单可靠，易于实现。
根据本发明的一个实施例，上述的故障诊断方法，还包括：检测所述功率因数校正器的输入电压，并检测所述功率因数校正器的输出电压；判断所述输入电压是否大于所述输出电压；如果所述输入电压大于所述输出电压，则对所述电流检测电路进行故障诊断。
根据本发明的一个实施例，如果所述输入电流持续为0，则判断所述采样电阻发生短路故障；如果所述输入电流变化率与预设电流变化率之间的差值大于预设阈值，则判断所述信号调理电路发生故障。
根据本发明的一个实施例，所述预设电流变化率＝(所述输入电压-所述输出电压-所述二极管的管压降)/所述电感的标称值。
为实现上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种功率因数校正器的电流检测电路的故障诊断装置，所述功率因数校正器包括电感、功率开关管和二极管，所述电流检测电路包括采样电阻和信号调理电路，所述装置包括：获取模块，用于在对所述电流检测电路进行故障诊断时，通过所述电流检测电路获取所述功率因数校正器的输入电流；计算模块，用于根据所述输入电流计算所述功率因数校正器的输入电流变化率；以及判断模块，用于根据所述输入电流和所述输入电流变化率判断所述采样电阻和所述信号调理电路是否发生故障。
根据本发明实施例的功率因数校正器的电流检测电路的故障诊断装置，在对电流检测电路进行故障诊断时，获取模块通过电流检测电路获取功率因数校正器的输入电流，然后，计算模块根据输入电流计算功率因数校正器的输入电流变化率，最后，判断模块根据输入电流和输入电流变化率判断采样电阻和信号调理电路是否发生故障，从而实现对电流检测电路的故障诊断，并且简单可靠，易于实现。
根据本发明的一个实施例，上述的故障诊断装置，还包括：第一电压检测模块，用于检测所述功率因数校正器的输入电压；第二电压检测模块，用于检测所述功率因数校正器的输出电压；控制模块，用于判断所述输入电压是否大于所述输出电压，并在所述输入电压大于所述输出电压时对所述电流检测电路进行故障诊断。
根据本发明的一个实施例，如果所述输入电流持续为0，所述判断模块则判断所述采样电阻发生短路故障；如果所述输入电流变化率与预设电流变化率之间的差值大于预设阈值，所述判断模块则判断所述信号调理电路发生故障。
根据本发明的一个实施例，所述预设电流变化率＝(所述输入电压-所述输出电压-所述二极管的管压降)/所述电感的标称值。
此外，本发明的实施例还提出了一种功率因数校正器，其包括上述的功率因数校正器的电流检测电路的故障诊断装置。
本发明实施例的功率因数校正器，通过上述的电流检测电路的故障诊断装置，能够实现对电流检测电路的故障诊断，以便在故障发生时及时采取相应措施，防止因电流无法检测导致的功率因数校正控制失效，进而导致相关产品发生损坏等，另外，通过对电流检测电路的故障诊断，能够方便功率因数校正器对自身硬件的自检，进一步提高故障自诊断能力。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的功率因数校正器的拓扑图；
图2是根据本发明一个实施例的功率因数校正器的电路图；
图3是根据本发明一个实施例的电流检测电路的电路图；
图4是根据本发明实施例的功率因数校正器的电流检测电路的故障诊断方法的流程图；
图5是根据本发明实施例的功率因数校正器的电流检测电路的故障诊断装置的方框示意图；以及
图6是根据本发明一个实施例的功率因数校正器的电流检测电路的故障诊断装置的方框示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图来描述本发明实施例的功率因数校正器及其电流检测电路的故障诊断方法、装置。
在本发明的实施例中，如图1所示，单相交流输入的功率因数校正器包括控制芯片、主电路和检测电路，主电路包括整流桥、滤波电容、功率因数校正器(也称PFC电路)和大容量电解电容以及负载，功率因数校正器包括电感、功率开关管和二极管，其中，电感可以为电抗器，功率开关管可以为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)和MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)，二极管可以为快恢复二极管。
控制芯片通过检测功率因数校正器的输入电压Vbd(整流桥后、功率因数校正器前的直流电压)、功率因数校正器的输出电压Vdc(直流母线电压或电解电容电压)以及功率因数校正器的输入电流Iind(电感电流)进行功率因数校正和功率因数校正器的故障诊断。
如图2所示，功率因数校正器的输入电压Vbd和输出电压Vdc采用电阻分压方法检测，即通过电阻分压后，将电压信号发送至控制芯片的模数转换接口(AD口)。对于输入电压Vbd，模数转换接口AD0的输入电压为Vbd*R2/(R1+R2)；对于输出电压Vdc，模数转换接口AD2的输入电压为Vdc*R4/(R3+R4)。
如图2所示，功率因数校正器的输入电流Iind可以通过电流检测电路进行检测，即通过电阻采样电流，并通过信号调理电路后，发送至控制芯片的模数转换接口(AD口)。进一步地，如图3所示，信号调理电路可包括差分运算放大电路和低通滤波电路，通过R6/R5设定信号放大倍数，并且偏置电压Voffset通常设置为模数转换接口电压范围的中间值。对于输入电流Iind，模数转换接口AD1的输入电压为Voffset+Iind*Rs*(R6/R5)，在控制芯片中将偏置电压Voffset消除即可得到纯电流信号。
在实际应用中，电流检测电路可能会因为采样电阻短路而无法检测电流，也可能会因为信号调理电路放大倍数偏差造成电流检测不准确，因而，本发明的实施例提出了一种功率因数校正器的电流检测电路的故障诊断方法、装置及功率因数校正器。
图4是根据本发明实施例的功率因数校正器的电流检测电路的故障诊断方法的流程图。如图4所示，该故障诊断方法包括以下步骤：
S1，在对电流检测电路进行故障诊断时，通过电流检测电路获取功率因数校正器的输入电流。
S2，根据输入电流计算功率因数校正器的输入电流变化率。
S3，根据输入电流和输入电流变化率判断采样电阻和信号调理电路是否发生故障。
具体地，如图2所示，在功率因数校正器上电过程中，可以通过控制芯片的模数转换接口AD1实时获取电流检测电路输出的电压信号，然后对电压信号进行处理以获得功率因数校正器的输入电流Iind，并计算输入电流Iind的变化率，最后，根据输入电流Iind判断采样电阻是否发生故障，并根据输入电流Iind的变化率判断信号调理电路是否发生故障。
根据本发明的一个实施例，如果输入电流持续为0，则判断采样电阻发生短路故障；如果输入电流变化率与预设电流变化率之间的差值大于预设阈值，则判断信号调理电路发生故障。其中，预设电流变化率＝(输入电压-输出电压-二极管的管压降)/电感的标称值，预设阈值可以根据实际情况进行标定。
也就是说，如果输入电流Iind始终为0，则说明电流检测电路中的采样电阻发生短路故障；如果输入电流Iind的变化率与预设电流变化率之间的差值超过预设阈值，则说明电流检测电路中的信号调理电路的发生放大倍数错误故障；否则，电流检测电路无故障。从而实现电流检测电路的故障诊断，以便在故障发生时能够及时采取相应措施，防止因电流无法检测导致的功率因数校正控制失效，进而导致相关产品发生损坏等，另外，通过对电流检测电路的故障诊断，能够方便功率因数校正器对自身硬件的自检，进一步提高故障自诊断能力，而且该检测方法简单可靠、易于实现。
考虑到功率因数校正器通常为Boost型，当功率因数校正器正常工作时，其输入电压小于输出电压，而当发生故障或者电网电压骤升时，将出现输入电压大于输出电压，因此，可以在输入电压大于输出电压时对电流检测电路进行故障诊断。
即言，在本发明的一个实施例中，上述的故障诊断方法还包括：检测功率因数校正器的输入电压，并检测功率因数校正器的输出电压；判断输入电压是否大于输出电压；如果输入电压大于输出电压，则对电流检测电路进行故障诊断。
具体地，如图2所示，在功率因数校正器上电过程中，通过控制芯片的模数转换接口AD0实时检测功率因数校正器的输入电压Vbd，并通过模数转换接口AD2实时检测输出电压Vdc，然后，判断输入电压Vbd是否高于输出电压Vdc。如果是，则进行电流检测电路的故障诊断。从而避免在功率因数校正器的整个上电过程中都对电流检测电路进行故障诊断，减少控制芯片的数据处理量。
需要说明的是，在本发明的实施例中，电压检测功能正常，驱动电路正常且电感的标称值已知。
综上所述，根据本发明实施例的功率因数校正器的电流检测电路的故障诊断方法，在对电流检测电路进行故障诊断时，通过电流检测电路获取功率因数校正器的输入电流，并根据输入电流计算功率因数校正器的输入电流变化率，以及根据输入电流和输入电流变化率判断采样电阻和信号调理电路是否发生故障，从而实现对电流检测电路的故障诊断，并且简单可靠，易于实现。
图5是根据本发明实施例的功率因数校正器的电流检测电路的故障诊断装置的方框示意图。
在本发明的实施例中，如图1-图3所示，功率因数校正器包括电感L、功率开关管Q和二极管FRD，电流检测电路包括采样电阻Rs和信号调理电路，具体这里不再详述。
如图5所示，功率因数校正器的电流检测电路的故障诊断装置包括：获取模块10、计算模块20和判断模块30。
其中，获取模块10用于在对电流检测电路进行故障诊断时，通过电流检测电路获取功率因数校正器的输入电流。计算模块20用于根据输入电流计算功率因数校正器的输入电流变化率。判断模块30用于根据输入电流和输入电流变化率判断采样电阻和信号调理电路是否发生故障。
具体地，在功率因数校正器上电过程中，获取模块10实时获取电流检测电路输出的电压信号，然后对电压信号进行处理以获得功率因数校正器的输入电流Iind，计算模块20计算输入电流Iind的变化率，最后，判断模块30根据输入电流Iind判断采样电阻Rs是否发生故障，并根据输入电流Iind的变化率判断信号调理电路是否发生故障。
根据本发明的一个实施例，如果输入电流持续为0，判断模块30则判断采样电阻Rs发生短路故障；如果输入电流变化率与预设电流变化率之间的差值大于预设阈值，判断模块30则判断信号调理电路发生故障。其中，预设电流变化率＝(输入电压-输出电压-二极管的管压降)/电感的标称值。
也就是说，如果输入电流Iind始终为0，则说明电流检测电路中的采样电阻Rs发生短路故障；如果输入电流Iind的变化率与预设电流变化率之间的差值超过预设阈值，则说明电流检测电路中的信号调理电路的发生放大倍数错误故障；否则，电流检测电路无故障。从而实现电流检测电路的故障诊断，以便在故障发生时能够及时采取相应措施，防止因电流无法检测导致的功率因数校正控制失效，进而导致相关产品发生损坏等，另外，通过对电流检测电路的故障诊断，能够方便功率因数校正器对自身硬件的自检，进一步提高故障自诊断能力，而且该检测装置简单可靠、易于实现。
考虑到功率因数校正器通常为Boost型，当功率因数校正器正常工作时，其输入电压小于输出电压，而当发生故障或者电网电压骤升时，将出现输入电压大于输出电压，因此，可以在输入电压大于输出电压时对电流检测电路进行故障诊断。
即言，在本发明的一个实施例中，上述的故障诊断装置还包括：第一电压检测模块40、第二电压检测模块50和控制模块60，其中，第一电压检测模块40用于检测功率因数校正器的输入电压；第二电压检测模块50用于检测功率因数校正器的输出电压；控制模块60用于判断输入电压是否大于输出电压，并在输入电压大于输出电压时对电流检测电路进行故障诊断。
具体地，在功率因数校正器上电过程中，通过第一电压检测模块40实时检测功率因数校正器的输入电压Vbd，并通过第二电压检测模块50实时检测输出电压Vdc，然后，控制模块60判断输入电压Vbd是否高于输出电压Vdc。如果是，则控制获取模块10、计算模块20和判断模块30启动，以进行电流检测电路的故障诊断。从而避免在功率因数校正器的整个上电过程中都对电流检测电路进行故障诊断，减少控制芯片的数据处理量。
根据本发明实施例的功率因数校正器的电流检测电路的故障诊断装置，在对电流检测电路进行故障诊断时，获取模块通过电流检测电路获取功率因数校正器的输入电流，然后，计算模块根据输入电流计算功率因数校正器的输入电流变化率，最后，判断模块根据输入电流和输入电流变化率判断采样电阻和信号调理电路是否发生故障，从而实现对电流检测电路的故障诊断，并且简单可靠，易于实现。
此外，本发明的实施例还提出了一种功率因数校正器，其包括上述的功率因数校正器的电流检测电路的故障诊断装置。
本发明实施例的功率因数校正器，通过上述的电流检测电路的故障诊断装置，能够实现对电流检测电路的故障诊断，以便在故障发生时及时采取相应措施，防止因电流无法检测导致的功率因数校正控制失效，进而导致相关产品发生损坏等，另外，通过对电流检测电路的故障诊断，能够方便功率因数校正器对自身硬件的自检，进一步提高故障自诊断能力。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种功率因数校正器的电流检测电路的故障诊断方法，其特征在于，所述功率因数校正器包括电感、功率开关管和二极管，所述电流检测电路包括采样电阻和信号调理电路，所述方法包括以下步骤：
在对所述电流检测电路进行故障诊断时，通过所述电流检测电路获取所述功率因数校正器的输入电流；
根据所述输入电流计算所述功率因数校正器的输入电流变化率；以及
根据所述输入电流判断所述采样电阻是否发生故障，并根据所述输入电流变化率判断所述信号调理电路是否发生故障。
2.如权利要求1所述的故障诊断方法，其特征在于，还包括：
检测所述功率因数校正器的输入电压，并检测所述功率因数校正器的输出电压；
判断所述输入电压是否大于所述输出电压；
如果所述输入电压大于所述输出电压，则对所述电流检测电路进行故障诊断。
3.如权利要求2所述的故障诊断方法，其特征在于，
如果所述输入电流持续为0，则判断所述采样电阻发生短路故障；
如果所述输入电流变化率与预设电流变化率之间的差值大于预设阈值，则判断所述信号调理电路发生故障。
4.如权利要求3所述的故障诊断方法，其特征在于，所述预设电流变化率＝(所述输入电压-所述输出电压-所述二极管的管压降)/所述电感的标称值。
5.一种功率因数校正器的电流检测电路的故障诊断装置，其特征在于，所述功率因数校正器包括电感、功率开关管和二极管，所述电流检测电路包括采样电阻和信号调理电路，所述装置包括：
获取模块，用于在对所述电流检测电路进行故障诊断时，通过所述电流检测电路获取所述功率因数校正器的输入电流；
计算模块，用于根据所述输入电流计算所述功率因数校正器的输入电流变化率；以及
判断模块，用于根据所述输入电流判断所述采样电阻是否发生故障，并根据所述输入电流变化率判断所述信号调理电路是否发生故障。
6.如权利要求5所述的故障诊断装置，其特征在于，还包括：
第一电压检测模块，用于检测所述功率因数校正器的输入电压；
第二电压检测模块，用于检测所述功率因数校正器的输出电压；
控制模块，用于判断所述输入电压是否大于所述输出电压，并在所述输入电压大于所述输出电压时对所述电流检测电路进行故障诊断。
7.如权利要求6所述的故障诊断装置，其特征在于，
如果所述输入电流持续为0，所述判断模块则判断所述采样电阻发生短路故障；
如果所述输入电流变化率与预设电流变化率之间的差值大于预设阈值，所述判断模块则判断所述信号调理电路发生故障。
8.如权利要求7所述的故障诊断装置，其特征在于，所述预设电流变化率＝(所述输入电压-所述输出电压-所述二极管的管压降)/所述电感的标称值。
9.一种功率因数校正器，其特征在于，包括如权利要求5-8中任一项所述的功率因数校正器的电流检测电路的故障诊断装置。
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