CN109613449A - 一种针对双主动全桥变换器的故障检测方法 - Google Patents

一种针对双主动全桥变换器的故障检测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109613449A
CN109613449A CN201811630488.0A CN201811630488A CN109613449A CN 109613449 A CN109613449 A CN 109613449A CN 201811630488 A CN201811630488 A CN 201811630488A CN 109613449 A CN109613449 A CN 109613449A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
bridge
switching tube
bridge arm
open
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811630488.0A
Other languages
English (en)
Inventor
石昊晨
文辉清
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong Liverpool University
Original Assignee
Xian Jiaotong Liverpool University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong Liverpool University filed Critical Xian Jiaotong Liverpool University
Priority to CN201811630488.0A priority Critical patent/CN109613449A/zh
Publication of CN109613449A publication Critical patent/CN109613449A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/40—Testing power supplies
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33592—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer having a synchronous rectifier circuit or a synchronous freewheeling circuit at the secondary side of an isolation transformer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明公开了一种针对双主动全桥变换器的故障检测方法，本发明方法采用四个电压传感器测量原副边两侧桥臂中点电压VAG1,VBG1,VEG2和VFG2来检测此时的桥臂电压情况；通过对不同开关管在开路故障情况时，直流变换器桥臂两侧的电压V1与V2的波形畸变情况的分析得到不同开关管开路故障时桥臂两侧电压均值的变化情况；当开路故障的发生导致桥臂中点电压VAG1,VBG1,VEG2和VFG2的均值变化大于判断阈值时，通过变化情况探测到故障的发生与定位故障开关管，从而确保直流变换器的安全运行。同时该方法只需要采样桥臂中值电压，不需要昂贵的电流传感器或者引入辅助绕组，因此效果好，成本低，实现简单。

Description

一种针对双主动全桥变换器的故障检测方法
技术领域
本发明涉及双向主动全桥直流变换器，特别涉及一种针对双主动全桥变换器的故障检测方法。
背景技术
隔离式双向主动全桥直流变换器(Dual active bridge,DAB)由于其具体双向能力传输能力、能量密度高、易实现软开关等优点，在分布式发电系统、电动汽车、可再生能源联合发电系统等领域有着广泛的应用。图1展示了DAB变换器主要有八个开关S1～S8组成的两个两个全桥电路，两个直流滤波电容Cin和C0、一个高频电感Ls和变压器T。
为了确保控制能灵活控制输出电压和功率并且确保较大的工作效率，双主动全桥变换器的控制主要依靠的是移相控制策略。图2展示了使用多重移相控制策略的双向主动全桥变换器的变压器原边电压V1，副边电压V2和电感电流iL.其中D1，D2和D3分别表示的是S1和S4，S5和S8还有S1和S8之间的相位角度。
在DAB变换器运行过程中，由于静电、过电压、过电流等的因素的影响，变换器变换器中的开关管可能出现短路或者开路故障，进而危及变换器的安全运行。因此故障状态与故障元件需要被迅速的检测与定位。传统的故障检测一般是利用电流传感器检测电感电流iL的幅值来实现。其中短路故障因为会引起极大的短路电流，使得其较易被检测到。而开路故障因为不会直接在电路里引发极大的电流变化，从而难以被传统的检测方式检测到。而采用更小的故障电流检测阈值来检测开路故障电流会导致检测系统工作范围有限、易误动作等一系列问题。同时电感电流检测也难以精确定位具体的故障元件，加剧了隔离故障时的难度。
发明内容
本发明目的是：为了克服传统技术中无法有效检测与定位开关管开路故障的问题，本发明提出了一种基于双主动全桥隔离变换器的原副边全桥输出电压V1和V2在开路故障情况下的畸变情况来检测与定位故障开关管的优化检测方法。
本发明的技术方案是：
一种针对双主动全桥变换器的故障检测方法，所述双主动全桥变换器包括开关管S1～S4组成的原边全桥变换器、开关管S5～S8组成的副边全桥变换器、电感Ls和变压器T；所述原边全桥变换器输出电压V1和副边全桥变换器输出电压V2分别连接到变压器T的原、副边，电感Ls与变压器T原边串联；所述故障检测方法包括：
(1)采用四个电压传感器测量原副边两侧桥臂中点电压VAG1,VBG1,VEG2和VFG2来检测此时的桥臂电压情况；
(2)通过对不同开关管在开路故障情况时，直流变换器桥臂两侧的电压V1与V2的波形畸变情况的分析得到不同开关管开路故障时桥臂两侧电压均值的变化情况；
(3)当开路故障的发生导致桥臂中点电压VAG1,VBG1,VEG2和VFG2的均值变化大于判断阈值时，通过变化情况探测到故障的发生与定位故障开关管，从而确保直流变换器的安全运行。
优选的，所述原边全桥变换器经过直流滤波电容Cin与输入电源Vin相连，副边全桥变换器经过直流滤波电容C0与输出电源V0相连。
优选的，八个开关管S1～S8的驱动信号均为频率相同占空比为50％的方波；其中S1与S2，S3与S4，S5与S6，S7和S8之间的驱动信号互补；同时,开关管S1与开关管S4之间驱动脉冲移相被定义为D1，开关管S5与开关管S8之间驱动脉冲移相被定义为D2，开关管S1与开关管S8之间驱动脉冲移相被定义为D3。
优选的，当开关管S1在阶段F1时发生了开路故障，在阶段F4时，开路故障会导致电压V1会的幅值在F4到F6阶段降低到了零，并且在F6与F7阶段等于V0；此时S1故障会导致V1电压畸变，从而导致桥臂中值电压VAG1的电压均值变小；因此通过对于不同开关管开路故障的情况进行分析和归类，可以得知此时原边全桥输出电压V1与副边输出电压V2和四个桥臂中值VAG1,VBG1,VEG2和VFG2的变化情况。
优选的，采用桥臂中值电压VAG1,VBG1,VEG2和VFG2的均值变化情况来定位与检测开关管开路故障，具体通过采样桥臂中值电压并计算均值后与正常运行状态下的均值0.5Vin或0.5V0进行比较；当桥臂中值电压的变化范围超越预设的阈值时，将通过此时均值变化的情况定位此时开路故障元件。
本发明的优点是：
本发明方法采用四个电压传感器测量原副边两侧桥臂中点电压VAG1,VBG1,VEG2和VFG2来检测此时的桥臂电压情况；通过对不同开关管在开路故障情况时，直流变换器桥臂两侧的电压V1与V2的波形畸变情况的分析得到不同开关管开路故障时桥臂两侧电压均值的变化情况；当开路故障的发生导致桥臂中点电压VAG1,VBG1,VEG2和VFG2的均值变化大于判断阈值时，通过变化情况探测到故障的发生与定位故障开关管，从而确保直流变换器的安全运行。同时该方法只需要采样桥臂中值电压，不需要昂贵的电流传感器或者引入辅助绕组，因此效果好，成本低，实现简单。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明采用的隔离式双向主动全桥直流变换器的拓扑结构；
图2为本发明所述的隔离式双向主动全桥变换器采用额多重移相控制策略在正常工作情况下的波形图；
图3为本发明所述的隔离式双向主动全桥变换器采用额多重移相控制策略在开关管S1故障情况下的波形图；
图4为本发明所述的针对采用多重移相控制策略下的隔离式双向主动全桥变换器开光开路故故障的检测算法流程图；
图5分别为开关管S2发生开路故障时的波形图与检测信号的实验测试结果(a)和开关管S6发生开路故障时的波形图与检测信号的实验测试结果(b)。
具体实施方式
如图1所示，本发明采用的隔离式双主动全桥直流变换器的拓扑结构，所述双主动全桥变换器包括开关管S1～S4组成的原边全桥变换器、开关管S5～S8组成的副边全桥变换器、电感Ls和变压器T；所述原边全桥变换器输出电压V1和副边全桥变换器输出电压V2分别连接到变压器T的原、副边，电感Ls与变压器T原边串联；所述原边全桥变换器经过直流滤波电容Cin与输入电源Vin相连，副边全桥变换器经过直流滤波电容C0与输出电源V0相连。本发明采用四个电压传感器测量原副边两侧桥臂中点电压VAG1,VBG1,VEG2和VFG2来检测此时的桥臂电压情况。
本发明中双向全桥变换器采用多重相移控制策略。八个开关管S1～S8的驱动信号均为频率相同占空比为50％的方波；其中S1与S2，S3与S4，S5与S6，S7和S8之间的驱动信号互补；同时,开关管S1与开关管S4之间驱动脉冲移相被定义为D1，开关管S5与开关管S8之间驱动脉冲移相被定义为D2，开关管S1与开关管S8之间驱动脉冲移相被定义为D3。
通过对不同开关管在开路故障情况时，直流变换器桥臂两侧的电压V1与V2的波形畸变情况的分析得到不同开关管开路故障时桥臂两侧电压均值的变化情况；例如图3展示了当开关管S1在阶段F1时发生了开路故障，在阶段F4时，开路故障会导致电压V1会的幅值在F4到F6阶段降低到了零，并且在F6与F7阶段等于V0；此时S1故障会导致V1电压畸变，从而导致桥臂中值电压VAG1的电压均值变小；因此通过对于不同开关管开路故障的情况进行分析和归类，可以得知此时原边全桥输出电压V1与副边输出电压V2和四个桥臂中值VAG1,VBG1,VEG2和VFG2的变化情况。
为了及时而准确的定位具体故障开关元件，本发明采用桥臂中值电压VAG1,VBG1,VEG2和VFG2的均值变化情况来定位与检测开关管开路故障，其具体控制流程如图4所示，通过采样桥臂中值电压并计算均值后与正常运行状态下的均值0.5Vin或0.5V0进行比较；当桥臂中值电压的变化范围超越预设的阈值时，将通过此时均值变化的情况定位此时开路故障元件。
图5是开关管S2与S6发生开路故障时的波形图与检测信号，可以看到此时当开路故障发生时原边全桥输出电压V1和V2发生了畸变，而此时本发明所提出的故障检测控制方法可以及时发现与定位故障。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种针对双主动全桥变换器的故障检测方法，所述双主动全桥变换器包括开关管S1～S4组成的原边全桥变换器、开关管S5～S8组成的副边全桥变换器、电感Ls和变压器T；所述原边全桥变换器输出电压V1和副边全桥变换器输出电压V2分别连接到变压器T的原、副边，电感Ls与变压器T原边串联；
其特征在于，所述故障检测方法包括：
(1)采用四个电压传感器测量原副边两侧桥臂中点电压VAG1,VBG1,VEG2和VFG2来检测此时的桥臂电压情况；
(2)通过对不同开关管在开路故障情况时，直流变换器桥臂两侧的电压V1与V2的波形畸变情况的分析得到不同开关管开路故障时桥臂两侧电压均值的变化情况；
(3)当开路故障的发生导致桥臂中点电压VAG1,VBG1,VEG2和VFG2的均值变化大于判断阈值时，通过变化情况探测到故障的发生与定位故障开关管，从而确保直流变换器的安全运行。
2.根据权利要求1所述的针对双主动全桥变换器的故障检测方法，其特征在于：所述原边全桥变换器经过直流滤波电容Cin与输入电源Vin相连，副边全桥变换器经过直流滤波电容C0与输出电源V0相连。
3.根据权利要求2所述的针对双主动全桥变换器的故障检测方法，其特征在于：八个开关管S1～S8的驱动信号均为频率相同占空比为50％的方波；其中S1与S2，S3与S4，S5与S6，S7和S8之间的驱动信号互补；同时,开关管S1与开关管S4之间驱动脉冲移相被定义为D1，开关管S5与开关管S8之间驱动脉冲移相被定义为D2，开关管S1与开关管S8之间驱动脉冲移相被定义为D3。
4.根据权利要求1所述的针对双主动全桥变换器的故障检测方法，其特征在于：当开关管S1在阶段F1时发生了开路故障，在阶段F4时，开路故障会导致电压V1会的幅值在F4到F6阶段降低到了零，并且在F6与F7阶段等于V0；此时S1故障会导致V1电压畸变，从而导致桥臂中值电压VAG1的电压均值变小；因此通过对于不同开关管开路故障的情况进行分析和归类，可以得知此时原边全桥输出电压V1与副边输出电压V2和四个桥臂中值VAG1,VBG1,VEG2和VFG2的变化情况。
5.根据权利要求1所述的针对双主动全桥变换器的故障检测方法，其特征在于：采用桥臂中值电压VAG1,VBG1,VEG2和VFG2的均值变化情况来定位与检测开关管开路故障，具体通过采样桥臂中值电压并计算均值后与正常运行状态下的均值0.5Vin或0.5V0进行比较；当桥臂中值电压的变化范围超越预设的阈值时，将通过此时均值变化的情况定位此时开路故障元件。
CN201811630488.0A 2018-12-29 2018-12-29 一种针对双主动全桥变换器的故障检测方法 Pending CN109613449A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811630488.0A CN109613449A (zh) 2018-12-29 2018-12-29 一种针对双主动全桥变换器的故障检测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811630488.0A CN109613449A (zh) 2018-12-29 2018-12-29 一种针对双主动全桥变换器的故障检测方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109613449A true CN109613449A (zh) 2019-04-12

Family

ID=66011140

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811630488.0A Pending CN109613449A (zh) 2018-12-29 2018-12-29 一种针对双主动全桥变换器的故障检测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109613449A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111175604A (zh) * 2020-01-09 2020-05-19 中南大学 一种基于谐振电容电压的llc谐振变换器故障诊断方法
CN111505411A (zh) * 2020-04-09 2020-08-07 许继电气股份有限公司 一种双有源桥dc/dc变换模块的运行试验装置及方法
CN112600437A (zh) * 2021-03-02 2021-04-02 四川华泰电气股份有限公司 一种双有源桥变换器及其开路故障冗余处理方法
CN114244128A (zh) * 2021-12-09 2022-03-25 珠海格力电器股份有限公司 一种开路故障的检测定位方法、系统、装置及存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9584026B1 (en) * 2010-03-09 2017-02-28 Vlt, Inc. Multi-cell fault tolerant power converter
CN107942219A (zh) * 2017-10-23 2018-04-20 浙江大学 一种三相四线制逆变器晶体管的开路故障诊断方法
CN108845193A (zh) * 2018-03-21 2018-11-20 湘潭大学 一种移相全桥dc-dc变换器的故障诊断方法
CN109031083A (zh) * 2018-07-12 2018-12-18 武汉科技大学 基于快速傅里叶变换和滑动平均值算法的mmc故障检测方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9584026B1 (en) * 2010-03-09 2017-02-28 Vlt, Inc. Multi-cell fault tolerant power converter
CN107942219A (zh) * 2017-10-23 2018-04-20 浙江大学 一种三相四线制逆变器晶体管的开路故障诊断方法
CN108845193A (zh) * 2018-03-21 2018-11-20 湘潭大学 一种移相全桥dc-dc变换器的故障诊断方法
CN109031083A (zh) * 2018-07-12 2018-12-18 武汉科技大学 基于快速傅里叶变换和滑动平均值算法的mmc故障检测方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
谢东 等: "并联全桥隔离DC-DC变换器开路故障诊断", 《大功率变流技术》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111175604A (zh) * 2020-01-09 2020-05-19 中南大学 一种基于谐振电容电压的llc谐振变换器故障诊断方法
CN111175604B (zh) * 2020-01-09 2021-02-26 中南大学 一种基于谐振电容电压的llc谐振变换器故障诊断方法
CN111505411A (zh) * 2020-04-09 2020-08-07 许继电气股份有限公司 一种双有源桥dc/dc变换模块的运行试验装置及方法
CN112600437A (zh) * 2021-03-02 2021-04-02 四川华泰电气股份有限公司 一种双有源桥变换器及其开路故障冗余处理方法
CN114244128A (zh) * 2021-12-09 2022-03-25 珠海格力电器股份有限公司 一种开路故障的检测定位方法、系统、装置及存储介质
CN114244128B (zh) * 2021-12-09 2023-09-19 珠海格力电器股份有限公司 一种开路故障的检测定位方法、系统、装置及存储介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109613449A (zh) 一种针对双主动全桥变换器的故障检测方法
CN105548792B (zh) 基于预测控制的矩阵变换器开关开路故障诊断方法
CN102214929A (zh) 并网逆变器
US20150084654A1 (en) Insulation resistance measurement for inverters
CN105207439B (zh) 一种基于裂相抽头具有容错功能的开关磁阻电机系统及其故障诊断方法
CN101860189A (zh) 用于临界连续电流模式的无桥功率因数校正电路及其方法
CN104270026A (zh) 一种三电平逐波限流控制方法和系统
CN202710692U (zh) 一种单相交流负载通断检测电路
CN103499728B (zh) 一种串联电容组电压不均衡检测方法及系统
CN105356816A (zh) 基于继电器网络的开关磁阻电机多类型故障容错系统
CN107276388A (zh) Pfc电路及变频空调器
CN107656184A (zh) 一种npc三电平变流器的开关管故障诊断方法
CN101958550B (zh) 具电流检测电路的无桥功率因子校正电路系统及其方法
CN108127239A (zh) 铝合金机器人变极性等离子弧智能穿孔焊接系统
CN110224627A (zh) 一种多用途复合式等离子体镀膜用偏压电源
CN101236218B (zh) Ac/dc转换器中功率开关管漏端电压检测电路
CN107425744B (zh) 逆变器的输出波形改善和低损耗短路运行的控制方法
CN102545578B (zh) 单相半桥倍压整流pfc电路
CN207339277U (zh) 一种10kV并联电容器的分相合闸装置
CN104901574A (zh) 桥式电路及其短路保护方法
CN209016697U (zh) 功率变换系统及功率开关管的过流保护电路
CN103487706B (zh) 基于脉冲电压比较的级联型并网逆变器单元故障检测方法
CN102707179B (zh) 一种逆变器故障检测装置
CN101902033B (zh) 零压降智能保护装置
CN209626955U (zh) 具有过流保护的电源装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190412