CN112198451A - 功率电路故障检测系统及故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种功率电路故障检测系统及故障检测方法，该系统包括：预充电路用于为功率电路预充电；故障检测电路用于，在预充电路为功率电路预充电之前，检测故障检测电路中预设位置的电压变化情况；以及根据预设位置的电压变化情况确定功率电路是否发生故障。故障检测电路中的预设位置的电压随着功率电路工作状态发生变化。由此来确定功率电路是否发生故障。及时发现故障问题，进而采取有效措施。

Description

功率电路故障检测系统及故障检测方法

技术领域

本发明实施例涉及计算机技术领域，尤其涉及一种功率电路故障检测系统及故障检测方法。

背景技术

目前大巴空调上使用的功率电路对于其供电的直流母线电压都是预充电路工作期间进行电压采样，若此前或者工作期间功率电路已经发生故障。而此时功率电路依然处于工作中，必然导致预充电路中的器件损坏或者造成功率损耗。严重的甚至会发生火灾，影响安全。那么，如何能够实时检测功率电路在预充电路工作之前或工作期间所发生的故障，进而及时采取有效措施成为本申请所要解决的技术问题。

发明内容

鉴于此，为解决现有技术中预充电路工作期间，如果功率电路已经发生故障，则会导致预充电路中的器件损坏或者造成功率损耗，严重的甚至会发生火灾，影响安全的技术问题，本发明实施例提供一种功率电路故障检测系统及故障检测方法。

第一方面，本发明实施例提供一种功率电路故障检测系统，该系统包括：

预充电路、功率电路以及故障检测电路；预充电路与功率电路电连接后，与故障检测电路并联；

预充电路用于为功率电路预充电；

故障检测电路用于，在预充电路为功率电路预充电之前，检测故障检测电路中预设位置的电压变化情况；以及根据预设位置的电压变化情况确定功率电路是否发生故障。

在一个可能的实施方式中，故障检测电路包括短路检测电路和/或电压检测电路；

短路检测电路用于，当检测短路检测电路中光耦电路的副边电压为高电平时，确定功率电路发生短路故障；

电压检测电路用于，当检测电压检测电路中隔离电路的工作电压未处于预设工作电压范围内时，确定功率电路发生电压保护故障。

在一个可能的实施方式中，电压检测电路具体用于，当检测隔离电路的工作电压大于预设工作电压范围内的上线电压值时，确定功率电路发生过电压保护故障；

或者，当检测隔离电路的工作电压小于预设工作电压范围内的下线电压值时，确定功率电路发生欠电压保护故障。

在一个可能的实施方式中，短路检测电路包括：第一故障检测芯片、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻以及第六电阻；

第一电阻至第四电阻电连接；第一电阻一端外接第一电源；第四电阻一端分别电连接光耦电路的原边第一端以及第六电阻的一端；光耦电路原边与第六电阻并联后，外接第一GND；第一故障检测芯片一端分别电连接第二电源和第五电阻的一端，第二电源为外接电源；第五电阻的另一端电连接第一故障检测芯片的第二端；第一故障检测芯片的另一端还电连接光耦电路的副边第一端，光耦电路的副边第二端电连接第二GND。

在一个可能的实施方式中，短路检测电路还包括第一滤波电容，第一滤波电容分别所与光耦电路和第六电阻并联，用于对光耦电路的副边电压进行滤波。

在一个可能的实施方式中，电压检测电路包括：第二故障检测芯片、隔离电路、第七电阻以及第八电阻；

第八电阻一端外接第一电源，第八电阻的另一端分别电连接第七电阻的一端，以及隔离电路的一端，第七电阻另一端外接第一GND；隔离电路的另一端电连接第二故障检测芯片的第一端，隔离故障检测芯片的第二端外接第二电源，第二故障检测芯片的第三端外接第三GND。

在一个可能的实施方式中，电压检测电路还包括：第二滤波电容，与第七电阻并联，用于对进入隔离电路之前的电压进行滤波。

在一个可能的实施方式中，预充电路包括：第一开关电路、第二开关电路以及预充电阻；

第二开关电路与预充电阻串联构成第一支路后，与第一开关电路构成的第二支路并联。

第二方面，本发明实施例提供一种功率电路故障检测方法，该应用于如第一方面任一项的功率电路故障检测系统，该方法由故障检测电路执行，方法包括：

在预充电路为功率电路预充电之前，检测故障检测电路中预设位置的电压变化情况；

根据预设位置的电压变化情况确定功率电路是否发生故障。

在一个可能的实施方式中，故障检测电路包括短路检测电路和/或电压检测电路；根据预设位置的电压变化情况确定功率电路是否发生故障，具体包括：

当检测短路检测电路中光耦电路的副边电压为高电平时，确定功率电路发生短路故障；

和/或，当检测电压检测电路中隔离电路的工作电压未处于预设工作电压范围内时，确定功率电路发生电压保护故障。

本发明实施例提供的一种功率电路故障检测系统，在预充电路为功率电路预充电之前，检测故障检测电路中预设位置的电压变化情况。并根据预设位置的电压变化情况来确定功率电路是否发生故障。其原因在于，当功率电路处于预充电时，其正常状态或者发生故障时，故障检测电路中预设位置的电压会发生不同的变化。因此，可以根据预设位置的电压变化，来确定功率电路是否发生故障。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种功率电路故障检测系统结构示意图；

图2为本发明提供一种包含有短路检测电路的功率电路故障检测系统结构示意图；

图3为本发明提供的另一种包含有电压检测电路的功率电路故障检测系统结构示意图；

图4为本发明提供的一种功率电路故障检测系统原理结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种功率电路故障检测方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本发明实施例的限定。

图1为本发明实施例提供的一种功率电路故障检测系统结构示意图，如图1所示，该系统包括：预充电路10、功率电路20以及故障检测电路30。

预充电路10分别与功率电路20电连接后，与故障检测电路30并联。

在一个具体的例子中，功率电路故障检测系统的一端外接第一电源P，另一端接第一GND。外接第一电源P用于分别为预充电路10、故障检测电路30以及功率电路20提供电源。

预充电路10用于为功率电路20预充电；

故障检测电路30用于，在预充电路10为功率电路20预充电之前，检测故障检测电路30中预设位置的电压变化情况；以及根据预设位置的电压变化情况确定功率电路20是否发生故障。

具体的，当功率电路20发生不同类型的故障时，故障检测电路30中的不同预设位置的电压都会发生相应变化。因此，只要实时监测不同于是位置的电压变化情况，就可以及时确定功率电路20是否发生故障。

可选的，故障检测电路30可以包括短路检测电路301和/或电压检测电路302。

当故障检测电路30为短路检测电路301时，短路检测电路301用于检测短路检测电路301中的光耦电路的副边电压。当检测光耦电路的副边电压为高电平时，确定功率电路20发生短路故障；

当故障检测电路30为电压检测电路302时，电压检测电路302用于，当检测电压检测电路302中的隔离电路的工作电压未处于预设工作电压范围内时，确定功率电路20发生电压保护故障。

具体的，当电压检测电路302检测隔离电路的工作电压大于预设工作电压范围内的上线电压值时，确定功率电路20发生过电压保护故障；

或者，当电压检测电路302检测隔离电路的工作电压小于预设工作电压范围内的下线电压值时，确定功率电路20发生欠电压保护故障。

图2为包括短路检测电路301的功率电路故障检测系统结构示意图，图3为包括电压检测电路302的功率电路故障检测系统结构示意图。

在一个具体的例子中，具体参见图2所示，短路检测电路301可以包括：第一故障检测芯片MCU1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5以及第六电阻R6；

第一电阻R1至第四电阻R4电连接；第一电阻R1一端外接第一电源P；第四电阻R4一端分别电连接光耦电路U1的原边第一端以及第六电阻R6的一端；光耦电路U1原边与第六电阻R6并联后，外接第一GND；第一故障检测芯片MCU1一端分别电连接第二电源VCC和第五电阻R5的一端，第二电源VCC为外接电源；第五电阻R5的另一端电连接第一故障检测芯片MCU1的第二端；第一故障检测芯片MCU1的另一端还电连接光耦电路U1的副边第一端，光耦电路U1的副边第二端电连接第二GND。具体的短路检测电路301的工作原理将在下文做详细介绍。

可选的，为了实现对所示光耦电路U1的副边电压进行滤波，所示短路检测电路301还包括第一滤波电容C1，具体参见图2所示，第一滤波电容C1分别所与光耦电路U1和第六电阻R6并联，用于对光耦电路U1的副边电压进行滤波。

图2中还示出了功率电路20和预充电路10的一个具体实例。具体参见图2所示。在一个具体的例子中，预充电路10可以包括第一开关电路(例如图2中的继电器KM1)、第二开关电路(例如图2中的KM2)以及预充电阻RS；

第二开关电路与预充电阻RS串联构成第一支路后，与第一开关电路构成的第二支路并联；

第一电阻R1和第二电阻R2构成的第三支路，分别与第一支路和第二支路并联。预充电路10的中第一支路和第二支路并联后还电连接功率电路20。图2中示出的是包括第三电容C3的直流母线电路。

可选的，针对第二电源VCC，该电路中还可以包括第四电容C4，用以对VCC进行滤波，第四电容的一端分别电连接第二电源VCC，以及第一故障检测芯片MCU1。

在另一个具体的例子中，具体参见图3所示，电压检测电路302包括：第二故障检测芯片MCU2、隔离电路(例如图3中的ADI)、第七电阻R7以及第八电阻R8；

第八电阻R8一端外接第一电源P，第八电阻R8的另一端分别电连接第七电阻R7的一端，以及隔离电路的一端，第七电阻R7另一端外接第一GND；隔离电路的另一端电连接第二故障检测芯片MCU2的第一端，隔离故障检测芯片的第二端外接第二电源VCC，第二故障检测芯片MCU2的第三端外接第三GND。

可选的，隔离电路除了可以是ADI芯片之外，也可以是其他具有隔离功能的电路，例如通过线性光耦实现隔离，或者通过VF(压频)转换再FV(频压)转换+数字隔离等方式实现隔离的电路。具体的根据实际情况设定，这里不做过多说明。

可选的，电压检测电路302还包括：第二滤波电容C2，与第七电阻R7并联，用于对进入隔离电路之前的电压进行滤波。也即是电阻R7的电压进行滤波。

图3中同样示出了功率电路20和预充电路10。在图3中，预充电路10包括第一开关电路、第二开关电路以及预充电阻RS，预充电路中的元器件同图2中的元器件，这里不再过多说明；

第二开关电路与预充电阻RS串联构成第一支路后，与第一开关电路构成的第二支路并联。预充电路10外接第一电源P，即第一支路和第二支路并联后的一端电连接第一电源P和第八电阻R8的节点，第一之路和第二支路并联后的另一端电连接功率电路20。图3中同样示出的是包含第三电容C3的直流母线电路。

可选的，与图2类似的道理，针对第二电源VCC，该电路中还可以包括第四电容C4，用以对VCC进行滤波，第四电容的一端分别电连接第二电源VCC，以及第二故障检测芯片MCU2。

在另一个具体的例子中，具体参见图4所示。图4中示出了一种功率电路故障检测系统原理结构示意图。该系统中的故障检测电路30不仅仅包括去2中的短路检测电路301，还包括图3中的电压检测电路302。图4中的隔离电路40同样为ADI。进一步的，当功率电路故障检测系统中同时存在短路检测电路301和电压检测电路302时，二者可以共用一个故障检测芯片。即第一故障检测芯片MCU1和第二故障检测芯片MCU2为同一个故障检测芯片，例如故障检测芯片为MCU。

在图4中，第一电源P分别电连接电压检测电路302中的第六电阻R6，以及由预充电路10中的第一支路、第二支路与短路检测电路301中R1和R2构成的第三支路并联后的节点。故障检测芯片MCU第一端电连接隔离电路ADI，第二端和第三端之间电连接第五电阻R5，第二端还电连接第二电源VCC，同时电连接第四电容C4。功率电路20中包含第三电容C3的直流母线一端电连接上文所提及的第一支路、第二支路以及第三支路并联后的节点，另一端电连接第一GND。短路检测电路301以及电压检测电路302中其他各部件连接关系参见上文，这里不再赘述。

下面，将详细说明故障检测电路30对预设位置的电压变化进行检测，并根据预设位置的电压变化情况确定功率电路20是否发生故障的工作原理进行详细说明。该原理适用于图2至图4中任一电路附图。

下文仅以图4中的电路图为例进行说明。在预充之前，预充电路10中的第一继电器KM1和第二继电器KM2断开，首先在故障检测芯片MCU中配置满足工作条件的母线电压，电压最低为U1，最高为U2。即功率电路20中的母线电压，图4中仅显示了功率电路20中的母线电路，其中C3为母线电容。

电压检测电路302在预设时间段内(例如几毫秒内)周期性的采集电压检测电路302中隔离电路的电压，并获取平均值U。当故障检测芯片确定平均值不在预设工作电压范围内时，例如平均电压U小于U1时，说明功率电路20存在欠电压保护故障，此时故障检测芯片则会报出欠电压保护故障。当故障检测芯片确定平均电压U大于U2时，说明功率电路20存在过电压保护故障，则会报出过电压保护故障。

通过短路检测电路301检测光耦电路U1的副边电压是否为高电平。如果故障检测芯片确定光耦电路U1的副边电压为高电平，则说明功率电路20发生短路故障。

具体的，图4中仅示出的C3后端短路，或者C3自身电容失效，那么第三电阻R3和第四电阻R4，以及光耦电路U1不工作，所示光耦电路U1的副边电压为VCC，即高电平。因此，当检测到光耦电路U1的副边电压为高电平时，则可以确定功率电路20发生短路故障。如果光耦电路U1的副边电压为低电平，则说明功率电路20正常，可以执行工作。

进一步的，通过第一电阻R1和第二电阻R2构成的第三支路为母线电容C3充电。当C3充电之后，闭合第二继电器KM2，此时预充电阻RS两端电压差小于C3电压，减少第一继电器KM1吸合瞬间的冲击电流，避免第一继电器KM1和第二继电器KM2触电烧熔，进而出现继电器短路的情况发生。

完成预充后，第一继电器KM1吸合，第二继电器KM2断开，第一电阻R1和第二电阻R2被旁路，此时短路检测电路301也可以在功率电路20工作过程中，实现短路检测。

本发明实施例提供的功率电路故障检测系统，在预充电路为功率电路预充电之前，检测光耦电路故障检测电路中预设位置的电压变化情况。并根据光耦电路预设位置的电压变化情况来确定功率电路是否发生故障。其原因在于功率电路，当功率电路处于预充电时，其正常状态或者发生故障时，故障检测电路中预设位置的电压会发生不同的变化。因此，可以根据预设位置的电压变化，来确定功率电路是否发生故障。

图5为本发明实施例提供的一种功率电路故障检测方法，该方法应用于上一实施例所介绍的故障检测系统，该方法由故障检测电路执行，包括：

步骤510，在预充电路为功率电路预充电之前，检测光耦电路故障检测电路中预设位置的电压变化情况。

步骤520，根据光耦电路预设位置的电压变化情况确定功率电路是否发生故障。

可选的，故障检测电路包括短路检测电路和/或电压检测电路；根据光耦电路预设位置的电压变化情况确定功率电路是否发生故障，具体包括：

当检测光耦电路的副边电压为高电平时，确定功率电路发生短路故障；

和/或，当检测光耦电路隔离电路的工作电压未处于预设工作电压范围内时，确定功率电路发生电压保护故障。

可选的，检测光耦电路隔离电路的工作电压未处于预设工作电压范围内时，确定功率电路发生电压保护故障，具体包括：

当检测短路检测电路中光耦电路U1的副边电压为高电平时，确定功率电路发生短路故障；

和/或，当检测电压检测电路中光耦电路隔离电路的工作电压未处于预设工作电压范围内时，确定功率电路发生电压保护故障。

本实施例提供的功率电路故障检测方法中具体执行细节均已在上一实施例中做了详细介绍，因此这里不再赘述。

本发明实施例提供的一种功率电路故障检测方法，在预充电路为功率电路预充电之前，检测光耦电路故障检测电路中预设位置的电压变化情况。并根据光耦电路预设位置的电压变化情况来确定功率电路是否发生故障。其原因在于功率电路，当功率电路处于预充电时，其正常状态或者发生故障时，故障检测电路中预设位置的电压会发生不同的变化。因此，可以根据预设位置的电压变化，来确定功率电路是否发生故障。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同系统来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的系统或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、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，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功率电路故障检测系统，其特征在于，所述系统包括：预充电路、功率电路以及故障检测电路；所述预充电路与所述功率电路电连接后，与所述故障检测电路并联；

所述预充电路用于为所述功率电路预充电；

所述故障检测电路用于，在所述预充电路为所述功率电路预充电之前，检测所述故障检测电路中预设位置的电压变化情况；以及根据所述预设位置的电压变化情况确定所述功率电路是否发生故障。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述故障检测电路包括短路检测电路和/或电压检测电路；

所述短路检测电路用于，当检测所述短路检测电路中光耦电路的副边电压为高电平时，确定所述功率电路发生短路故障；

所述电压检测电路用于，当检测所述电压检测电路中隔离电路的工作电压未处于预设工作电压范围内时，确定所述功率电路发生电压保护故障。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电压检测电路具体用于，当检测所述隔离电路的工作电压大于所述预设工作电压范围内的上线电压值时，确定所述功率电路发生过电压保护故障；

或者，当检测所述隔离电路的工作电压小于所述预设工作电压范围内的下线电压值时，确定所述功率电路发生欠电压保护故障。

4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述短路检测电路包括：第一故障检测芯片、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻以及第六电阻；

所述第一电阻至第四电阻电连接；所述第一电阻一端外接第一电源；所述第四电阻一端分别电连接所述光耦电路的原边第一端以及所述第六电阻的一端；所述光耦电路原边与所述第六电阻并联后，外接第一GND；所述第一故障检测芯片一端分别电连接第二电源和所述第五电阻的一端，所述第二电源为外接电源；所述第五电阻的另一端电连接所述第一故障检测芯片的第二端；所述第一故障检测芯片的另一端还电连接所述光耦电路的副边第一端，所述光耦电路的副边第二端电连接第二GND。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述短路检测电路还包括第一滤波电容，所述第一滤波电容分别所与所述光耦电路和所述第六电阻并联，用于对所述光耦电路的副边电压进行滤波。

6.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述电压检测电路包括：第二故障检测芯片、隔离电路、第七电阻以及第八电阻；

所述第八电阻一端外接第一电源，所述第八电阻的另一端分别电连接所述第七电阻的一端，以及所述隔离电路的一端，所述第七电阻另一端外接第一GND；所述隔离电路的另一端电连接所述第二故障检测芯片的第一端，所述隔离故障检测芯片的第二端外接第二电源，所述第二故障检测芯片的第三端外接第三GND。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述电压检测电路还包括：第二滤波电容，与所述第七电阻并联，用于对进入所述隔离电路之前的电压进行滤波。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，所述预充电路包括：第一开关电路、第二开关电路以及预充电阻；

所述第二开关电路与所述预充电阻串联构成第一支路后，与所述第一开关电路构成的第二支路并联。

9.一种功率电路故障检测方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-8任一项所述的系统，所述方法由故障检测电路执行，所述方法包括：

在预充电路为功率电路预充电之前，检测所述故障检测电路中预设位置的电压变化情况；

根据所述预设位置的电压变化情况确定所述功率电路是否发生故障。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述故障检测电路包括短路检测电路和/或电压检测电路；所述根据所述预设位置的电压变化情况确定所述功率电路是否发生故障，具体包括：

当检测所述短路检测电路中光耦电路的副边电压为高电平时，确定所述功率电路发生短路故障；

和/或，当检测所述电压检测电路中隔离电路的工作电压未处于预设工作电压范围内时，确定所述功率电路发生电压保护故障。

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