CN111693763B - 针对模块化电气设备中功率模块的检测系统 - Google Patents

针对模块化电气设备中功率模块的检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明适用于故障检测技术领域，提供了一种针对模块化电气设备中功率模块的检测系统，包括控制装置和电信号采样电路；控制装置用于发送PWM信号至模块化电气设备中的各个功率模块；电信号采样电路用于采集模块化电气设备中各个功率模块对应的输出电信号，并将各个功率模块对应的输出电信号发送至控制装置；控制装置还用于获取各个功率模块对应的输出电信号，并根据各个功率模块对应的输出电信号及预设阈值范围，确定各个功率模块的工作状态。本申请通过控制装置能够集中驱动各个功率模块的启停，并检测各个功率模块的输出电信号是否正常，从而提高模块化电气设备多功率模块的检测效率。

Description

针对模块化电气设备中功率模块的检测系统
技术领域
本发明属于故障检测技术领域，尤其涉及一种针对模块化电气设备中功率模块的检测系统。
背景技术
模块化电气设备为包括多个功率模块的电气设备，在并网逆变器、UPS(Uninterruptible Power System，不间断电源)和地铁制动能量回馈系统中均有应用。基于现实用电需求的不断增加，模块化电气设备的整机功率等级也在大幅度增加，因此模块化电气设备并联的功率模块也越来越多。随着并联的功率模块的增多，对功率模块是否在线，功率模块接线是否存在异常等问题的排查就比较繁琐和复杂。
传统的功率模块检测方法是对机器进行离网小逆变，通过示波器逐一观察各功率模块的逆变波形，以此来判断各功率模块是否工作正常，检测效率较为低下。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种针对模块化电气设备中功率模块的检测系统，以解决现有技术中模块化电气设备的多功率模块检测效率低下的问题。
本发明实施例提供了一种针对模块化电气设备中功率模块的检测系统，包括：控制装置和电信号采样电路；
所述控制装置用于发送PWM信号至所述模块化电气设备中的各个功率模块；
所述电信号采样电路用于采集所述模块化电气设备中各个功率模块对应的输出电信号，并将各个功率模块对应的输出电信号发送至所述控制装置；
所述控制装置还用于获取各个功率模块对应的输出电信号，并根据各个功率模块对应的输出电信号及预设阈值范围，确定各个功率模块的工作状态。
在一个实施例中，所述控制装置包括信号生成模块、驱动模块和检测模块；
所述检测模块用于发送检测信号至所述信号生成模块；
所述信号生成模块用于根据所述检测信号生成初始PWM信号，并将所述初始PWM信号发送至所述驱动模块；
所述驱动模块用于对所述初始PWM信号进行放大及隔离处理，得到所述PWM信号。
在一个实施例中，所述输出电信号包括输出电压信号，所述电信号采样电路包括采样模块和至少一个电流检测组件；各个电流检测组件分别与所述模块化电气设备中各个功率模块对应的电感串联；
各个电流检测组件分别用于采集所述模块化电气设备中对应功率模块的电感电流；
所述采样模块用于采集各个电流检测组件发送的电感电流，并将各个电感电流转换为对应的输出电压信号。
在一个实施例中，所述电流检测组件包括霍尔传感器。
在一个实施例中，所述控制装置还包括A/D转换模块；
所述A/D转换模块用于将各个功率模块对应的输出电信号由模拟量转换为数字量，并将转换为数字量的输出电信号发送至所述检测模块。
在一个实施例中，所述检测模块包括正常判定单元和异常判定单元；
所述异常判定单元用于判断各个功率模块对应的输出电信号是否在所述预设阈值范围内，若存在输出电信号超出所述预设阈值范围的功率模块，则判定输出电信号超出所述预设阈值范围的功率模块的工作状态为异常；
所述正常判定单元用于在检测到输出电信号未超出所述预设阈值范围的功率模块时，判定输出电信号未超出所述预设阈值范围的功率模块的工作状态为正常。
在一个实施例中，所述检测模块还包括阈值范围更新单元；
所述阈值范围更新单元用于计算两两功率模块之间的输出电信号的差值，并根据两两功率模块之间的输出电信号的差值，更新所述预设阈值范围。
在一个实施例中，所述阈值范围更新单元包括：差值计算子单元、模块统计子单元和阈值范围更新子单元；
所述差值计算子单元用于计算第一功率模块与其他功率模块之间的输出电信号的差值；所述第一功率模块为所述模块化电气设备中的任一功率模块；
所述模块统计子单元用于统计所述第一功率模块和相近功率模块的模块总数量，所述相近功率模块为与所述第一功率模块的输出电信号的差值未超出预设差阈值的功率模块；
所述阈值范围更新子单元用于判断所述模块总数量是否大于预设数量，若判定所述模块总数量大于所述预设数量，则根据所述第一功率模块的输出电信号和所述相近功率模块的的输出电信号，确定第一阈值范围，并采用所述第一阈值范围替换所述预设阈值范围。
在一个实施例中，所述阈值范围更新子单元包括：
计算所述第一功率模块的输出电信号和对应相近功率模块的输出电信号的均值，并将所述均值对应的数值范围作为第一阈值范围。
在一个实施例中，所述检测系统还包括：显示模块；
所述显示模块用于接收并显示所述控制装置发送的各个功率模块的工作状态。
本发明实施例提供了一种针对模块化电气设备中功率模块的检测系统，包括控制装置和电信号采样电路；控制装置用于发送PWM信号至模块化电气设备中的各个功率模块；电信号采样电路用于采集模块化电气设备中各个功率模块对应的输出电信号，并将各个功率模块对应的输出电信号发送至控制装置；控制装置还用于获取各个功率模块对应的输出电信号，并根据各个功率模块对应的输出电信号及预设阈值范围，确定各个功率模块的工作状态。本实施例通过控制装置能够集中驱动模块化电气设备中各个功率模块的启停，并检测各个功率模块的输出电信号是否正常，从而简化模块化电气设备中各个功率模块的排查过程，提高模块化电气设备多功率模块的检测效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的针对模块化电气设备中功率模块的检测系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的针对模块化电气设备中功率模块的检测系统的另一结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例1：
图1示出了本发明一实施例所提供的针对模块化电气设备中功率模块的检测系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
如图1所示，本实施例提供的针对模块化电气设备1中功率模块的检测系统2包括：控制装置21和电信号采样电路22；
所述控制装置21用于发送PWM信号至所述模块化电气设备中的各个功率模块；
所述电信号采样电路22用于采集所述模块化电气设备中各个功率模块对应的输出电信号，并将各个功率模块对应的输出电信号发送至所述控制装置21；
所述控制装置21还用于获取各个功率模块对应的输出电信号，并根据各个功率模块对应的输出电信号及预设阈值范围，确定各个功率模块的工作状态。
在本实施例中，本实施例提供的检测系统2适用于各种模块化电气设备1的多功率模块并联结构，其中，图1示出的并网逆变器仅仅为多功率模块并联的模块化电气设备1的一种示例，并不构成对模块化电气设备1的限定。
具体地，模块化电气设备1的各个功率模块采用并联形式连接，模块化电气设备1中的各个功率模块可以为由至少一个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)组成的模块。在控制装置21上电时，控制装置21生成固定脉宽的PWM信号；并将PWM信号发送至各个功率模块的IGBT的栅极，以驱动模块化电气设备1中各个功率模块的运行。然后通过电信号采样电路22采集各个功率模块对应的输出电信号，控制装置21通过各个功率模块对应的输出电信号确定各个功率模块的运行是否正常，从而避免采用示波器逐一观察各功率模块波形的繁琐过程，提高模块化电气设备1多功率模块的检测效率。
在一个实施例中，如图2所示，所述控制装置21包括信号生成模块211、驱动模块213和检测模块212；
所述检测模块212用于发送检测信号至所述信号生成模块211；
所述信号生成模块211用于根据所述检测信号生成初始PWM信号，并将所述初始PWM信号发送至所述驱动模块213；
所述驱动模块213用于对所述初始PWM信号进行放大及隔离处理，得到所述PWM信号。
在本实施例中，控制装置21获取3.3V电压上电启动，检测模块212在上电后生成检测信号，信号生成模块211根据检测信号生成固定脉宽的初始PWM信号，并将PWM信号发送至驱动模块213，驱动模块213将初始PWM信号进行放大和隔离处理，生成PWM信号，从而驱动各个功率模块开始工作。
在一个实施例中，所述输出电信号包括输出电压信号，所述电信号采样电路22包括采样模块和至少一个电流检测组件；各个电流检测组件分别与所述模块化电气设备1中各个功率模块对应的电感串联；
各个电流检测组件分别用于采集所述模块化电气设备1中对应功率模块的电感电流；
所述采样模块用于采集各个电流检测组件发送的电感电流，并将各个电感电流转换为对应的输出电压信号。
在本实施例中，如图1所示，模块化电气设备1包括Ubus及至少一个功率模组(功率模组11和功率模组12)，各个功率模组包括多个并联的功率模块(功率模组11包括三个功率模块110，功率模组12包括三个功率模块120)，每个功率模块的第一端与Ubus的第一端连接，每个功率模块的第二端与Ubus的第二端连接，每个功率模块的第三端分别与对应滤波模块连接。
具体地，如图1所示，以其中一个功率模块为例，假设该功率模块包括四个IGBT，则该功率模块内部四个IGBT的源漏极依次串联连接，且由上数第一个IGBT的漏极与Ubus的第一端连接，最后一个IGBT的源极与Ubus的第二端连接，上数第二个IGBT的源极及第三个IGBT的漏极分别与电流检测组件的第一端连接，电流检测组件的第二端与对应滤波模块中电感的一端连接，滤波模块为LC滤波器。
在本实施例中，每个电流检测组件分别与各个功率模块对应的电感串联连接，用于检测各个功率模块对应的电感电流。采样模块将各个电流检测组件发送的电感电流调理为小电压信号，并将小电压信号输送至控制装置21。
在一个实施例中，所述电流检测组件包括霍尔传感器。
在一个实施例中，如图2所示，所述控制装置21还包括A/D转换模块214；
所述A/D转换模块214用于将各个功率模块对应的输出电信号由模拟量转换为数字量，并将转换为数字量的输出电信号发送至所述检测模块212。
在一个实施例中，所述检测模块212包括正常判定单元和异常判定单元；
所述异常判定单元用于判断各个功率模块对应的输出电信号是否在所述预设阈值范围内，若存在输出电信号超出所述预设阈值范围的功率模块，则判定输出电信号超出所述预设阈值范围的功率模块的工作状态为异常；
所述正常判定单元用于在检测到输出电信号未超出所述预设阈值范围的功率模块时，判定输出电信号未超出所述预设阈值范围的功率模块的工作状态为正常。
在本实施例中，预设阈值范围为预存在检测模块212内的初始的阈值范围，当对一模块化电气设备1进行初次检测时，检测模块212采用预设阈值范围判断各个功率模块的输出电信号是否处于正常范围。
具体地，计算各个功率模块在正常情况下的电感电流平均值和在故障状态下的电感电流的平均值，并根据正常情况下的电感电流平均值和故障状态下的电感电流的平均值计算预设阈值范围。
在本实施例中，各个功率模块的电感电流均与电感电量、Ubus的直流母线缓起电压以及PWM信号占空比有关，因此可以在控制装置21驱动各个功率模块工作后，通过检测各个功率模块的电感电流是否在预设阈值范围内确定各个功率模块是否正常。
在一个实施例中，所述检测模块212还包括阈值范围更新单元；
所述阈值范围更新单元用于计算两两功率模块之间的输出电信号的差值，并根据两两功率模块之间的输出电信号的差值，更新所述预设阈值范围。
在本实施例中，为了提高检测系统2的检测效率，使检测系统2能够自适应的对功率模块进行检测，本实施例获取每两个功率模块之间的输出电信号的差值，当检测到功率模块中大多数的输出电信号相差不大时，根据输出电信号数值相差不大的功率模块的输出电信号，更新预设阈值范围，并采用更新后的预设阈值范围再次对各个功率模块进行检测。
在一个实施例中，所述阈值范围更新单元包括：差值计算子单元、模块统计子单元和阈值范围更新子单元；
所述差值计算子单元用于计算第一功率模块与其他功率模块之间的输出电信号的差值；所述第一功率模块为所述模块化电气设备1中的任一功率模块；
所述模块统计子单元用于统计所述第一功率模块和相近功率模块的模块总数量，所述相近功率模块为与所述第一功率模块的输出电信号的差值未超出预设差阈值的功率模块；
所述阈值范围更新子单元用于判断所述模块总数量是否大于预设数量，若判定所述模块总数量大于所述预设数量，则根据所述第一功率模块的输出电信号和所述相近功率模块的的输出电信号，确定第一阈值范围，并采用所述第一阈值范围替换所述预设阈值范围。
在本实施例中，计算两两功率模块之间的差值，并将与第一功率模块的输出电信号的差值小于预设差阈值的功率模块作为第一功率模块的相近功率模块，若第一功率模块和相近功率模块的总数量大于预设数量，则认为大多数的功率模块的输出电信号相差不大，则可以根据第一功率模块和其对应的相近功率模块确定更新的预设阈值范围。
具体地，假设模块化电气设备1的功率模块数量为6，则预设数量可以设置为3。
在本实施例中，模块总数量为第一功率模块与该第一功率模块对应的相近功率模块的总数量，由于所有的相近功率模块的输出电信号均与第一功率模块相近，因此可以将模块总数量大于预设数量的第一功率模块的输出电信号对应的阈值范围作为更新后的预设阈值范围。
在本实施例中，第一功率模块为模块化电气设备1中的任一功率模块，若存在多个功率模块对应的模块总数量大于预设数量，则取上述多个功率模块的输出电信号的均值对应的阈值范围作为更新后的预设阈值范围。
在一个实施例中，所述阈值范围更新子单元包括：
计算所述第一功率模块的输出电信号和对应相近功率模块的输出电信号的均值，并将所述均值对应的数值范围作为第一阈值范围。
优选地，为了提高预设阈值范围的准确性，可以计算第一功率模块的输出电信号和对应相近功率模块的输出电信号的均值，并将均值对应的数值范围作为更新后的预设阈值范围。
进一步地，若存在多个功率模块对应的模块总数量大于预设数量，则计算模块总数量大于预设数量的各个功率模块的输出电信号和对应相近功率模块的输出电信号的均值，得到各个功率模块的均值，然后对各个功率模块的均值求均值，从而得到更新后的预设阈值范围。
在一个实施例中，如图2所示，所述检测系统还包括：显示模块23；
所述显示模块23用于接收并显示所述控制装置21发送的各个功率模块的工作状态。
在本实施例中，显示模块23可以包括多个指示灯，每个指示灯对应一个功率模块，当显示模块23接收到的某一功率模块的工作状态正常时，则对应指示灯亮绿灯，当某一功率模块的工作状态异常时，则对应指示灯亮红灯，使工作人员能够直观的查看到模块化电气设备1多功率模块的检测结果。
在本实施例中，显示模块23还可以包括显示屏，显示屏根据控制装置21发送的各个功率模块的工作状态信息显示各个功率模块的工作状态。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种针对模块化电气设备中功率模块的检测系统，其特征在于，包括：控制装置和电信号采样电路；
所述控制装置用于发送PWM信号至所述模块化电气设备中的各个功率模块；
所述电信号采样电路用于采集所述模块化电气设备中各个功率模块对应的输出电信号，并将各个功率模块对应的输出电信号发送至所述控制装置；
所述控制装置还用于获取各个功率模块对应的输出电信号，并根据各个功率模块对应的输出电信号及预设阈值范围，确定各个功率模块的工作状态；
所述预设阈值范围在第一功率模块和相近功率模块的模块总数量大于预设数量时，根据所述第一功率模块的输出电信号和所述相近功率模块的的输出电信号更新；所述第一功率模块为所述模块化电气设备中的任一功率模块；所述相近功率模块为与所述第一功率模块的输出电信号的差值未超出预设差阈值的功率模块。
2.如权利要求1所述的针对模块化电气设备中功率模块的检测系统，其特征在于，所述控制装置包括信号生成模块、驱动模块和检测模块；
所述检测模块用于发送检测信号至所述信号生成模块；
所述信号生成模块用于根据所述检测信号生成初始PWM信号，并将所述初始PWM信号发送至所述驱动模块；
所述驱动模块用于对所述初始PWM信号进行放大及隔离处理，得到所述PWM信号。
3.如权利要求1所述的针对模块化电气设备中功率模块的检测系统，其特征在于，所述输出电信号包括输出电压信号，所述电信号采样电路包括采样模块和至少一个电流检测组件；各个电流检测组件分别与所述模块化电气设备中各个功率模块对应的电感串联；
各个电流检测组件分别用于采集所述模块化电气设备中对应功率模块的电感电流；
所述采样模块用于采集各个电流检测组件发送的电感电流，并将各个电感电流转换为对应的输出电压信号。
4.如权利要求3所述的针对模块化电气设备中功率模块的检测系统，其特征在于，所述电流检测组件包括霍尔传感器。
5.如权利要求2所述的针对模块化电气设备中功率模块的检测系统，其特征在于，所述控制装置还包括A/D转换模块；
所述A/D转换模块用于将各个功率模块对应的输出电信号由模拟量转换为数字量，并将转换为数字量的输出电信号发送至所述检测模块。
6.如权利要求2所述的针对模块化电气设备中功率模块的检测系统，其特征在于，所述检测模块包括正常判定单元和异常判定单元；
所述异常判定单元用于判断各个功率模块对应的输出电信号是否在所述预设阈值范围内，若存在输出电信号超出所述预设阈值范围的功率模块，则判定输出电信号超出所述预设阈值范围的功率模块的工作状态为异常；
所述正常判定单元用于在检测到输出电信号未超出所述预设阈值范围的功率模块时，判定输出电信号未超出所述预设阈值范围的功率模块的工作状态为正常。
7.如权利要求1所述的针对模块化电气设备中功率模块的检测系统，其特征在于，所述预设阈值范围在第一功率模块和相近功率模块的模块总数量大于预设数量时，采用所述第一功率模块的输出电信号和对应相近功率模块的输出电信号的均值更新。
8.如权利要求1至7任一项所述的针对模块化电气设备中功率模块的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括：显示模块；
所述显示模块用于接收并显示所述控制装置发送的各个功率模块的工作状态。
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