CN114113994A - 功率开关故障检测方法及其检测电路 - Google Patents

Abstract

一种功率开关故障检测方法及其检测电路，判断耦接于转换电路的输出侧的直流总线上的功率开关系否故障，包括：检测总线电压以提供电压信号，根据电压信号取得至少一检测值；轮流提供控制信号以控制功率开关进行关断或导通；在提供控制信号以控制功率开关进行关断时，如第一检测值大于或等于第一阈值则判断功率开关为短路故障；在提供控制信号以控制功率开关进行导通时，如第二检测值小于第二阈值则判断功率开关为开路故障；以及当判断功率开关为短路故障或开路故障时，提供一警告信号或一禁能信号。

Description

功率开关故障检测方法及其检测电路

技术领域

本发明是有关一种功率开关故障检测方法及其检测电路，特别涉及一种根据电压信号比对阈值判断功率开关系否故障的功率开关故障检测方法及其检测电路。

背景技术

具有电力转换系统的变频器是目前常见的电力设备，其应用的范围很广泛，可从小型家电到大型的矿场研磨机及压缩机…等。利用变频器来控制电动机的转速，带来能源效率的显着提升，是使用变频器的主要原因的一。变频器技术和电力电子系统有密切关系，包括半导体切换元件、变频器拓扑、控制及模拟技术、以及控制硬件及固件的进步…等。

其中，电力转换系统最为常见的一种是应用于电梯的电动机控制，其前级使用电源转换电路通过直流链耦接变频器。当变频器前级的电源转换电路为单方向功率转换架构时，通常会使用制动回路调节直流链电压，以避免变频器操作在发电模式时直流链电压不断升高而导致系统失效。但是，由于制动回路的损坏通常需要另外的硬件来测量，造成需要额外增加成本。或者，需等待制动回路的元件发热到某一个程度才能得知，造成无法立即针对制动回路的故障进行处置，导致潜在的电力转换系统损坏的风险。

所以，如何设计出一种功率开关故障检测方法及其检测电路，例如利用检测总线电压比对已知控制信号即可判断功率开关系否故障，乃为本公开所欲行研究的一大课题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明是提供一种功率开关故障检测方法，以克服现有技术的问题。因此，本发明功率开关故障检测方法，判断耦接于转换电路的输出侧的直流总线上的功率开关系否故障，包括下列步骤：以控制单元接收经由持续检测跨接直流总线的总线电压以提供的电压信号，且根据电压信号对应取得至少一检测值；控制单元判断是否提供控制信号以控制功率开关进行关断，如判断结果为“是”则提供控制信号以控制功率开关进行关断，及如判断结果为“否”则提供另一控制信号以控制功率开关进行导通；控制单元在提供控制信号以控制功率开关进行关断时，比对第一检测值是否大于或等于第一阈值，如比对结果为“是”则判断功率开关为短路故障，及如比对结果为“否”则判断功率开关为可正常关断；控制单元在提供另一控制信号以控制功率开关进行导通时，比对第二检测值是否小于第二阈值，如比对结果为“是”则判断功率开关为开路故障，及如比对结果为“否”则判断功率开关为可正常导通；以及当判断功率开关为短路故障或开路故障时，提供警告信号或禁能信号。

为了解决上述问题，本发明是提供一种功率开关故障检测电路，用以判断耦接于转换电路的输出侧的直流总线上的功率开关系否故障，且包括：检测电路，耦接直流总线，用以检测跨接直流总线的总线电容的总线电压，以提供电压信号；以及控制单元，耦接检测电路，用以接收电压信号，且根据电压信号取得检测值；其中，功率开关应用于制动回路，制动回路耦接于转换电路的输出侧与变频电路的输入侧之间，其中，控制单元提供控制信号以控制功率开关进行导通或关断，配合取得的检测值，进行功率开关的故障检测。

本发明的主要目的在于提供功率开关故障检测方法及检测电路，利用控制单元在已知控制信号用于控制功率开关导通或关断时，根据持续检测总线电压所提供的电压信号对应取得的检测值比对阈值，以于当下判断功率开关系否故障，以达到检测电路简单且操作方法容易的技术效果。

为了能更进一步了解本发明为实现预定目的所采取的技术、手段及技术效果，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而说明书附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。

附图说明

图1为本发明具有功率开关故障检测系统的电力转换系统方框图；

图2A、图2B为本发明功率开关故障检测方法流程图；

图3为本发明功率开关导通及关断时的总线电压波形示意图；

图4为本发明具有功率开关故障检测电路的电力转换系统电路图；

图5A为本发明功率开关导通及关断时的总线电压波形取样示意图；

图5B为本发明控制信号控制功率开关关断时，控制单元判断功率开关故障的波形示意图；以及

图5C为本发明控制信号控制功率开关导通时，控制单元判断功率开关故障的波形示意图。

附图标记说明：

100…电力转换系统

100A…制动回路

100B…输入开关

12…转换电路

14…直流总线

16…变频电路

200…负载

300…功率开关故障检测电路

32…检测电路

34…控制单元

36…驱动电路

Cbus…总线电容

R1、R2…分压电组

Rb…总线电阻

Sb…功率开关

Vin…输入电源

Vo…输出电源

Vbus…总线电压

Sv…电压信号

Sc…控制信号

Sw…警报信号

Sd…禁能信号

Vd…预设值

Vs…检测值

V1…第一阈值

V2…第二阈值

Ps、Ps1～Ps3…取样点

Ts…取样时段

T1、T2…时间

t1、t2…时段

(A)、(B)…路径

(S100)～(S400)…步骤

具体实施方式

兹有关本发明的技术内容及详细说明，配合附图说明如下：

请参阅图1为本发明具有功率开关故障检测电路的电力转换系统方框图。电力转换系统100例如应用于变频器，是耦接于一输入电源Vin与一负载200之间，且将输入电源Vin转换为输出电源Vo以对负载200供电。功率开关故障检测电路300耦接电力转换系统100，且于电力转换系统100运行时检测电力转换系统100中的功率开关Sb是否故障。前述功率开关Sb例如设置于电力转换系统100中的一制动回路100A，容后详述。电力转换系统100基本包括一转换电路12、一直流总线14及一变频电路16，且直流总线14上包括设置有一总线电容Cbus、一总线电阻Rb及一功率开关Sb。转换电路12的输入侧接收输入电源Vin，且转换电路12的输出侧通过直流总线14耦接变频电路16的输入侧。详细来说，转换电路12将输入电源Vin转换为总线电压Vbus，且通过直流总线14提供总线电压Vbus至变频电路16。变频电路16的输入侧接收总线电压Vbus，且将总线电压Vbus转换为输出电源Vo，再由变频电路16的输出侧提供输出电源Vo至负载200。总线电容Cbus与总线电阻Rb彼此并联耦接于转换电路12的输出侧与变频电路16的输入侧之间，且总线电阻Rb串联功率开关Sb。需说明的是，当电力转换系统100应用于变频器时，总线电压Vbus可为跨接直流总线14正负两端的该总线电容Cbus的一直流链电压(DC link voltage)。总线电容Cbus对应总线电压Vbus存储电能，且在总线电压Vbus大于或等于预设值时，功率开关Sb导通，使存储的多余的电能通过总线电阻Rb至接地端的回路而消耗。意即，总线电阻Rb、功率开关Sb至接地端的回路即构成为前述电力转换系统100的制动回路100A。亦即，制动回路100A是架构于直流总线14，且介于转换电路12的输出测与变频电路16的输入侧之间。在总线电压Vbus小于预设值时，功率开关Sb关断，以避免能量持续通过总线电阻Rb至接地端的回路消耗，而造成能源的浪费或总线电阻Rb的损坏。

电力转换系统100还包括一输入开关100B，输入开关100B可为硬件或回路形式，且耦接于输入电源Vin与转换电路12的输入侧之间。当输入开关100B未收到禁能信号Sd时，输入开关100B预设为导通，使输入电源Vin可被提供至转换电路12。而当输入开关100B收到禁能信号Sd时，输入开关100B切至关断，使输入电源Vin无法被提供至转换电路12，可作为安全保护用途。值得一提的是，于本发明的一实施例中，变频电路16为一双向转换电路。意即，变频电路16除了能够将总线电压Vbus转换为输出电源Vo外，变频电路16也可将输出电源Vo转换为总线电压Vbus。

功率开关故障检测电路300包括一检测电路32与一控制单元34。检测电路32耦接于直流总线14与控制单元34，且于转换电路12运行时根据总线电压Vbus提供电压信号Sv至控制单元34。控制单元34耦接功率开关Sb(亦即，耦接制动回路100A)及输入开关100B，可接收检测电路32提供的电压信号Sv，且根据电压信号Sv提供控制信号Sc以控制功率开关Sb成为导通或关断，以进行制动回路100A上的功率开关Sb的故障检测。具体而言，当功率开关Sb发生开路故障时，无法正常导通，需发出警报促使电力转换系统100进行故障处置，或禁能变频电路16而使变频电路16不运行，以避免电力转换系统100因功率开关Sb的故障而连带损坏。其中，控制单元34所发出的警报信号Sw可直接或间接地(例如通过其他控制器)对电力转换系统100进行故障处置。如前述，在负载200为发电模式时(例如但不限于，电动机的发电模式)，负载200所提供的输出电源Vo通过变频电路16反向转换为总线电压Vbus，且将总线电压Vbus回充至总线电容Cbus。亦因此时负载200为发电模式，在功率开关Sb因开路故障而无法导通时，会造成多余的回充能量无法通过总线电阻Rb、功率开关Sb至接地端的回路泄放。造成总线电压Vbus的电压值逐渐提高至大于预设值，进而使得电力转换系统100提高故障的风险。前述的泄放回路在某些实施例中，例如为制动回路100A。

另一方面，当功率开关Sb发生短路故障时，无法正常关断，需立即断开输入电源Vin，以避免总线电阻Rb持续地被导通而发热甚至损坏。详细来说，当功率开关Sb因故障而无法关断时，会造成能量持续由总线电阻Rb、功率开关Sb至接地端的制动回路100A持续泄放，使得总线电阻Rb因功率开关Sb持续地被导通而发热，进而造成过热而烧毁的风险。值得一提的是，于本发明的一实施例中，控制单元34是控制功率开关Sb导通或关断，而变频电路16的运行另有控制器(图未示)所控制，但控制单元34与控制器(图未示)亦可依实际需求分开或整合为一。有关制动回路100A的功率开关Sb详细地故障检测电路及检测方法，于后文将有进一步地描述。值得一提的是，于本发明的一实施例中，电力转换系统100主要是应用于电梯的电力控制系统，因此功率开关故障检测电路300主要是应用于电梯系统的制动回路功率开关的故障检测，且负载200所代表的可以为拉动电梯升降的电动机，但不以此为限。举凡具有制动回路100A(或具有与功率开关串联的制动电阻)的电力系统，皆可使用于本发明的功率开关故障检测电路300进行功率开关故障检测，且负载200亦可以为其他电力电路，本发明不以此为限。

请参阅图2A、图2B为本发明功率开关故障检测方法流程图，复配合参阅图1及图3。本公开以图2A示意主要流程，搭配图2B示意次要流程，在检测制动回路100A的功率开关Sb是否故障前，控制单元34可先判断直流总线14是否为空载(步骤S100)，若步骤S100判断结果为“否”必要时可重复本步骤直至直流总线14为空载，以减少检测的干扰条件，进而达到优选的检测效果。详细地说，控制单元34可通过检测总线电压Vbus的电压值、检测变频电路16输入或输出电流值、或由负载200(的控制器)告知等方式得知直流总线14是否为空载。当确认直流总线14为空载时，代表负载200及变频电路16为待机状态，在此时进行制动回路100A的功率开关Sb故障检测为优选的时机点，此时控制单元34需判断的变数相对较少，且在无负载或待机状态进行检测，可预先测得功率开关Sb故障进行适当处置，避免其他电路元件的损坏；但须说明的是，本发明亦可在有负载或非待机状态下进行检测，并不以此为限。然后，在控制单元34确认直流总线14为空载后，控制单元34通过接收检测电路32于转换电路12运行时持续检测对应总线电压Vbus产生的电压信号Sv，并经计算电压信号Sv以对应取得至少一检测值Vs(步骤S120)。

然后，以控制单元34根据检测时当前电压信号Sv判断是否提供控制信号Sc以控制功率开关Sb进行关断(步骤S200)。详细来说，若特定时间内电压信号Sv的涟波值较大则可能此时功率开关Sb可正常导通或者已短路故障(持续导通)，例如图3示出时段t2基于持续检测总线电压Vbus而提供的电压信号Sv的涟波值相对较大，故控制单元34据以判断是否此时应改提供控制信号Sc以检测功率开关Sb是否可正常进行关断；反之，若如图3示出时段t1基于持续检测总线电压Vbus而提供的电压信号Sv的涟波值相对较小，则可能此时功率开关Sb可正常关断或者已开路故障(持续关断)，故控制单元34据以判断是否此时应改提供另一控制信号Sc以检测功率开关Sb是否可正常进行导通，如此反复操作可确认功率开关Sb个别的关断或导通功能是否故障，不因电压信号Sv而误判。故于步骤S200中如判断为“是”时，控制单元34即判断此时可提供控制信号Sc以控制功率开关Sb进行关断，以确认功率开关Sb是否可正常关断(步骤S210)；接着步骤S210，当控制单元34提供控制信号Sc以控制功率开关Sb进行关断，然后，控制单元34判断此时电压信号Sv所对应取得的第一检测值Vs1是否大于等于第一阈值V1(步骤S220)，其中第一阈值V1为功率开关Sb可正常导通时电压信号的涟波值。当控制单元34判断提供控制信号Sc以控制功率开关Sb进行关断(步骤S200的判断为“是”进入步骤S210)，且控制单元34判断此时电压信号Sv所对应取得的第一检测值Vs1大于或等于第一阈值V1，亦即步骤S220的判断为“是”时，代表此时功率开关Sb为短路故障(步骤S240)；反之，如步骤S200的判断结果为“是”，且步骤S220的判断结果为“否”，代表此时功率开关Sb为可正常关断，此时可经由(A)路径连接到图2B所示的步骤S300，且经过步骤S300～S340以另外确认功率开关Sb导通功能是否正常。

承上，在步骤(S200)的判断为“否”时，则控制单元34判断此时应改提供另一控制信号Sc以控制功率开关Sb进行导通，以确认功率开关Sb是否可正常导通(步骤S300)。当在控制单元34提供控制信号Sc以控制功率开关Sb进行导通后，接着控制单元34判断此时电压信号Sv所对应取得的第二检测值Vs2是否小于第二阈值V2(步骤S320)。当控制单元34判断提供控制信号Sc以控制功率开关Sb进行导通(步骤S200的判断为“否”且进入步骤S300)，且控制单元34判断此时电压信号Sv所对应取得的第二检测值Vs2小于第二阈值V2，亦即步骤S320的判断为“是”时，代表此时功率开关Sb为开路故障(步骤S340)，其中第二阈值为功率开关Sb可正常关断时电压信号的涟波值。而在前述步骤S320的判断为“否”时，则代表功率开关Sb为可正常导通，此时可经由(B)路径连接到图2B所示的步骤S210，且经过步骤S210～S240以确认功率开关Sb关断功能是否正常。更者，在控制单元34判断功率开关Sb为短路故障(步骤S240)或开路故障(步骤S340)时，控制单元34均可发出警告信号Sw使电力转换系统100进行故障处置，或直接提供禁能信号Sd以禁能变频电路16而使变频电路16不运行(步骤S400)。值得一提的是，除了前述经由(A)路径、(B)路径轮流检测功率开关Sb的关断及导通功能的方法及步骤，于本发明的一实施例中，步骤S200～步骤S240亦可对应地与步骤S300～步骤S340两组互换，亦即，本发明的构思仅需轮流提供多个控制信号Sc以控制功率开关Sb导通或关断的方式，配合持续检测总线电压以提供电压信号，且根据电压信号对应取得检测值，以控制单元34来比较当时检测值与第一阈值或第二阈值以辅助判断故障与否即可，前述步骤的调换其仅为检测开路故障与短路故障的先后顺序差异，均可完整确认功率开关的关断与导通功能是否正常，不影响最终判断。

请参阅图3为本发明功率开关导通及关断时的总线电压波形示意图，复配合参阅图1至图2。在以控制单元34提供控制信号Sc以控制功率开关Sb进行关断时(时段t1)，总线电压Vbus的涟波较小，其波形可视为大致上平稳的直线。在总线电压Vbus上升至大于或等于预设值Vd时((时段t2，例如但不限于，负载200为发电模式)，此时以控制单元34提供控制信号Sc以控制功率开关Sb进行导通，使得总线电压Vbus多余的能量由总线电阻Rb、功率开关Sb至接地端所构成的制动回路100A泄放。此时，总线电压Vbus的涟波较大，且其波形以一定振幅范围呈大致上固定频率震荡。因此，本发明的主要目的在于，提供功率开关Sb故障检测方法及检测电路，利用控制单元34提供控制信号Sc以控制功率开关Sb进行导通或关断时，因此时控制信号Sc为控制单元34提供且为已知，复根据再次取得的总线电压Vbus所提供的电压信号Sv，及以电压信号Sv对应取得的检测值进行阈值比对以判断功率开关Sb是否故障即易于比对，以达到检测电路简单且操作方式容易的技术效果。其中，前述总线电阻Rb及功率开关Sb是建构于制动回路100A。

值得一提的是，于本发明的一实施例中，输入电源Vin可以为三相输入电源或单相输入电源。在功率开关Sb导通时，总线电压Vbus的涟波频率会对应输入电源Vin的频率。在输入电源Vin为单相时，通常输入电源Vin的频率为60Hz。因此，若转换电路12为全桥整流器时，总线电压Vbus的涟波频率为120Hz。同理，若输入电源Vin为三相且转换电路12为全桥整流器时，总线电压Vbus的涟波频率为360Hz。此外，若是转换电路12为半桥整流器时，总线电压Vbus的涟波频率于前述分别为单相输入电源与三相输入电源时，则依此类推分别为60Hz与180Hz。

进一步而言，在以控制单元34根据电压信号Sv提供控制信号Sc以控制功率开关关断Sb时，总线电压Vbus的涟波理应较小。但若是控制单元34在根据电压信号Sv提供控制信号Sc以控制功率开关Sb进行关断时，根据当时检测得到的电压信号Sv所对应取得的第一检测值Vs1却大于或等于第一阈值V1时，即代表总线电压Vbus的涟波较大。因此，控制单元34即可据以判断功率开关Sb此时为故障(短路故障)，且此时控制单元34可发出警告信号Sw及/或提供禁能信号Sd以关断输入开关100B以确保安全。或者，控制单元34亦可通知电力转换系统100的控制器(图未示)，使控制器提供禁能信号Sd至输入开关100B。另一方面，在以控制单元34根据电压信号Sv提供控制信号Sc以控制功率开关Sb导通时，总线电压Vbus的涟波理应较大。但若是以控制单元34在根据电压信号Sv提供控制信号Sc以控制功率开关Sb进行导通时，根据当时检测得到的电压信号Sv所对应取得的第二检测值Vs2却小于第二阈值V2时，即代表总线电压Vbus的涟波较小。因此，控制单元34即可据以判断功率开关Sb此时为故障(开路故障)，且同样可发出警告信号Sw使电力转换系统100进行故障处置及/或提供禁能信号Sd以关断输入开关100B以确保安全。值得一提的是，于本发明的一实施例中，禁能信号Sd与警告信号Sw皆为功率开关Sb故障时，控制单元34所提供进行故障处置的多种信号的一，且可由控制单元34分别发送至输入开关100B与电力转换系统100的控制器(图未示)，本发明不以此为限。或者由控制单元34直接发送前述信号至电力转换系统100的控制器，再由控制器统一地转发信号及状况处理。

请参阅图4为本发明具有功率开关故障检测电路的电力转换系统电路图，复配合参阅图1至图3。本发明一实施例中，输入电源Vin为三相，且转换电路12配合输入电源Vin的种类设置为三相全桥整流器，其包含了三组由二极管串接而成的整流桥臂。变频电路16对应设置为三相变频电路，其包含了三组由开关串接而成的变频桥臂。检测电路32使用由两个分压电组R1、R2串接而成的分压电路，检测电路32耦接于直流总线14的正负极节点之间，且分压电组R1与分压电组R2之间的节点耦接控制单元34。总线电压Vbus经分压电组R1、R2分压后产生电压信号Sv，且提供电压信号Sv至控制单元34。需说明的是，检测电路32于直流总线14上是与总线电容Cbus及制动回路100A为并联，其跨压应为相同，故检测电路32设置的位置可依需求调整，并非用以限制本发明。控制单元34接收电压信号Sv后，复根据电压信号Sv判断以产生并提供控制信号Sc至驱动电路36，使控制单元34通过驱动电路36驱动功率开关Sb进行关断或导通。控制信号Sc亦可以反馈耦接的方式反馈至控制单元34(图未示)，使控制单元34通过接收自我所提供的控制信号Sc而主动得知特定控制信号Sc为用以控制功率开关Sb进行导通或控制功率开关Sb进行关断。

值得一提的是，于本发明的一实施例中，若输入电源Vin为单相，且输出电源Vo也为单相，则转换电路12与变频电路16均可相应地调整结构，在此不再加以赘述。此外，于本发明的一实施例中，检测电路32使用分压电路可实现操作简易且元件构成简单的技术效果，但检测电路32的构成不以分压电路为限。检测电路32例如但不限于，也可使用电阻串联电容的结构所构成。因此，举凡可根据总线电压Vbus对应地产生可供控制单元34判断的电压信号Sv的检测电路结构，皆应包含在本实施例的范围当中。

请参阅图5A为本发明功率开关导通及关断时的总线电压波形取样示意图，复配合参阅图1至图4。以输入电源Vin为三相，且转换电路12为三相全桥整流器，以及检测电路32的构成为分压电路为例，电压信号Sv为总线电压Vbus等比例缩小的信号值，且在功率开关Sb导通时，电压信号Sv的涟波波形呈大致上为360Hz的频率震荡。如图所示多个小圆点，其为控制单元34在电压信号Sv波形中根据特定间距(时间差)设定的多个取样点Ps，取样点Ps彼此之间距以同间距为优选，但可依实际需求而调整为不同间距。进一步而言，控制单元34可根据取样频率设定多个取样点Ps，且取样频率可对应于输入电源Vin的相数，以及根据转换电路12为全桥整流器或半桥整流器等条件而决定。具体而言，由于输入电源Vin可为三相或单相，且转换电路12可为全桥或半桥整流器，因此，例如但不限于，取样频率至少需高于1000Hz，以输入电源为三相，且转换电路12为全桥整流时为例，此时每个360Hz周期包含约2.78个取样点(1000/360)。

然后，控制单元34通过计算多个取样点Ps的数值而取得至少一检测值。其中，检测值可代表电压信号Sv电压值的峰对峰值，其主要是以电压值的差值作为判断条件。或者，检测值可代表电压信号Sv时序上的至少其中两个取样点Ps间的斜率，其主要是以功率开关Sb导通或关断时的涟波差异作为判断条件。或者，检测值可代表电压信号Sv的至少其中两个取样点Ps间的电压变化率，亦即电压下降率或电压上升率，其主要是以在特定时段内电压值的变化为判断条件。以下将描述得到检测值的多种实施方式，旨在以波形判断功率开关系否故障，非用以限定本发明。

具体而言，在检测值代表电压信号Sv电压值的峰对峰值的实施例，控制单元34例如但不限于，在一个合适的时段中取出两个电压差值最大的取样点Ps。然后，相减两个取样点Ps的电压值而取出电压差(亦即，检测值)，且通过电压差的绝对值与第一阈值、第二阈值比较来判断功率开关Sb是否故障。在功率开关Sb为短路故障时，无法正常关断，此时电压差的绝对值大于或等于第一阈值；或在功率开关Sb为开路故障时，无法正常导通，此时电压差的绝对值小于第二阈值，上述状况均可判断功率开关Sb故障。

在检测值代表电压信号Sv的至少其中两个取样点Ps间的斜率的实施例，控制单元34例如但不限于，分别相减两取样点Ps的电压值再与两点间隔的时间差计算出斜率(亦即，检测值)。若时间差固定，则在斜率较为倾斜时，代表电压信号Sv的涟波较大变化率也较大，而在斜率较为平缓时，代表电压信号Sv的涟波较小变化率也较小。然后，控制单元34通过电压信号Sv的取样点Ps间的斜率的绝对值与第一阈值、第二阈值比较来判断功率开关Sb是否故障。在功率开关Sb为短路故障时，斜率的绝对值大于或等于第一阈值，或在功率开关Sb为开路故障时，斜率的绝对值小于第二阈值，上述状况均可判断功率开关Sb故障。

在检测值代表电压信号Sv的至少其中两个取样点Ps间的电压变化率，亦即电压下降率或电压上升率的实施例，控制单元34例如但不限于，依时序分别取出电压信号Sv的两取样点Ps的电压值，取两点差值除以第一个取样点Ps的电压值，再乘以百分比计算出两取样点Ps间电压下降率或电压上升率(亦即，检测值)。电压上升率可以利用例如但不限于，(上升后的电压值-上升前的电压值)/上升前的电压值*100％，且电压下降率可以利用例如但不限于，(下降前的电压值-下降后的电压值)/下降前的电压值*100％。电压下降率或电压上升率较高时，代表电压信号Sv的涟波较大变化率也较大，而在电压下降率或电压上升率较低时，代表电压信号Sv的涟波较小变化率也较小。然后，控制单元34通过电压下降率的绝对值或电压上升率的绝对值与第一阈值、第二阈值来判断功率开关Sb是否故障。在功率开关Sb为短路故障时，电压下降率的绝对值或电压上升率的绝对值大于或等于第一阈值，或在功率开关Sb为开路故障时，电压下降率的绝对值或电压上升率的绝对值小于第二阈值，上述状况均可判断功率开关Sb故障。

值得一提的是，于本发明的一实施例中，上述的检测值取样及计算方式仅为较容易实施且误差率较小的实施方式，但并不限定仅能以上述方式取得检测值。意即，无论是取出取样点Ps的电压、时间的数值…等经计算而取得可判断功率开关Sb是否故障的检测值的取样点及计算方式，皆应包含在本实施例的范围当中。此外，于本发明的一实施例中，控制单元34也可在电压信号Sv设定一取样时段Ts(例如，图5A中所示意的取样时段Ts)，且仅在设定的取样时段Ts中才进行设定多个取样点Ps。因为如同前述控制信号Sc可能是已知条件，包控开关切换的时间点，故实务上无需全时监控取样点造成多余的取样，因此，控制单元34可仅在提供控制信号Sc以控制功率开关Sb进行导通或关断的关键时段才进行电压信号Sv电压值的取样，以达到节省能源消耗以及提升效率的技术效果。

请参阅图5B为本发明控制信号控制功率开关关断时，控制单元判断功率开关故障的波形示意图、图5C为本发明控制信号控制功率开关导通时，控制单元判断功率开关故障的波形示意图，复配合参阅图1至图5A。在图5B的实施例中，假设功率开关Sb为短路故障，且以计算电压信号Sv电压值的峰对峰值取得的差值的绝对值做为检测值，此实施例中以第一检测值Vs1标示。故当控制单元34根据电压信号Sv对应的总线电压小于预设值而判断提供一控制信号至功率开关Sb以控制功率开关Sb进行关断时(时间T1)，由于此时功率开关Sb已短路故障，将维持导通状态，因此无法顺利进行关断。所以，即使在时间T1之后，电压信号Sv的涟波仍较大，其波形仍然呈大致上为360Hz的频率震荡，导致第一检测值Vs1在时间T1开始直至时间T2的期间内的数次检测(如取样点Ps1、Ps1、Ps3)，结果均大于或等于第一阈值V1。此时，控制单元34据以判断功率开关Sb为短路故障，无法进行关断，并例如在时间T2时即提供警告信号Sw。其中，第一阈值V1为功率开关Sb可正常导通时，电压信号Sv的涟波值，所述多个涟波值例如以峰对峰值方式取样。

值得一提的是，于本发明的一实施例中，若是仅利用两个取样点Ps1、Ps2间的电压差值即判断出功率开关Sb是否故障，有可能会因为取样点Ps不足、噪声干扰或分辨率不高等因素而导致控制单元34错误判断。因此为求控制单元34判断的准确率，可依实际需求增加分辨率(亦即，增加取样频率)，或者利用更多的取样点(例如增加取样点Ps3)进行精确的判断。而当利用更多的取样点进行判断时，则控制单元34可跟随延后提供警告信号Sw的时间。

在图5C的实施例中，假设功率开关Sb为开路故障，且同样以计算电压信号Sv电压值的峰对峰值取得的差值的绝对值做为检测值，此实施例中以第二检测值Vs2标示。故当控制单元34根据电压信号Sv对应的总线电压小于预设值而判断提供另一控制信号至功率开关Sb以控制功率开关Sb

进行导通时(时间T1)，由于此时功率开关Sb已开路故障，将维持关断状态，因此无法顺利进行导通。使得在时间T1之后，电压信号Sv的涟波仍较小，其波形仍然为大致上平稳的直线，导致第二检测值Vs2在时间T1直到时间T2之后的结果均仍小于第二阈值V2，故控制单元34据以判断功率开关Sb为开路故障，无法进行导通。除此之外，其余的波形与控制判断方式皆与前述图5B的实施例相同，在此不再加以赘述。

综上所述，本发明的实施例是具有以下的优点与技术效果：

1、本发明的功率开关故障检测电路可在变频电路为空载或待机的状态下可直接测得功率开关的状态，以在功率开关故障时立即进行故障处置，而不必等到元件(例如但不限于功率开关或总线电阻)发热才能得知，其中功率开关例如可应用于制动回路；

2、本发明的功率开关故障检测电路可直接测量总线电压比对已知控制信号进行功率开关的状态评估，并不需要增加额外的硬件来测量功率开关的状态或电力转换系统的输出电源，可压低系统建置的成本；及

3、利用控制单元在已知控制信号用于控制功率开关导通或关断时，根据检测当时总线电压所对应取得的检测值，比对功率开关正常导通或关断时的电压信号涟波值定义的阈值以判断当时功率开关系否故障，可使操作简易而快速。

而，以上所述，仅为本发明优选具体实施例的详细说明与附图，而本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以下述的权利要求为准，凡合于本发明权利要求的构思与其类似变化的实施例，皆应包括于本发明的范围中，任何本领域技术人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在以下本公开的权利要求。

Claims (9)

1.一种功率开关故障检测方法，判断耦接于一转换电路的输出侧的一直流总线上的一功率开关系否故障，包括下列步骤：

以一控制单元接收经由持续检测跨接该直流总线的总线电压以提供的一电压信号，且根据该电压信号对应取得至少一检测值；

该控制单元根据该电压信号判断是否提供一控制信号以控制该功率开关进行关断，如判断结果为“是”则提供该控制信号以控制该功率开关进行关断，及如判断结果为“否”则提供另一控制信号以控制该功率开关进行导通；

该控制单元在提供该控制信号以控制该功率开关进行关断时，比对根据该电压信号对应取得的一第一检测值是否大于或等于一第一阈值，如比对结果为“是”则判断该功率开关为短路故障，及如比对结果为“否”则判断该功率开关为可正常关断；

该控制单元在提供该另一控制信号以控制该功率开关进行导通时，比对根据该电压信号对应取得的一第二检测值是否小于一第二阈值，如比对结果为“是”则判断该功率开关为开路故障，及如比对结果为“否”则判断该功率开关为可正常导通；以及

当判断该功率开关为短路故障或开路故障时，提供一警告信号或一禁能信号。

2.如权利要求1所述的功率开关故障检测方法，其中根据该电压信号对应取得该至少一检测值的步骤包括：

在该电压信号设定多个取样点；以及

通过计算该多个取样点而取得该检测值。

3.如权利要求2所述的功率开关故障检测方法，其中通过计算该多个取样点而取得该检测值的步骤包括：通过计算该多个取样点而取得对应该总线电压的一峰对峰值、通过计算该多个取样点而取得对应该总线电压的一电压斜率、或通过计算该多个取样点而取得对应该总线电压的一电压变化率。

4.如权利要求1所述的功率开关故障检测方法，还包括：

在检测以取得该电压信号的步骤之前，判断该直流总线是否为空载，如判断结果为“否”则重复本步骤直至该直流总线为空载，以减少检测的干扰条件。

5.如权利要求1所述的功率开关故障检测方法，其中在判断该功率开关为可正常关断的步骤后，还包括提供该另一控制信号以检测该功率开关系否可正常导通；以及

在判断该功率开关为可正常导通的步骤后，还包括提供该控制信号以检测该功率开关系否可正常关断。

6.一种功率开关故障检测电路，用以判断耦接于一转换电路的输出侧的一直流总线上的一功率开关系否故障，且包括：

一检测电路，耦接该直流总线，用以检测跨接该直流总线的一总线电容的一总线电压，以提供一电压信号；以及

一控制单元，耦接该检测电路，用以接收该电压信号，且根据该电压信号取得一检测值；

其中，该功率开关应用于一制动回路，该制动回路耦接于该转换电路的输出侧与一变频电路的输入侧之间，

其中，该控制单元提供至少一控制信号以控制该功率开关进行导通或关断，配合取得的该检测值，进行该功率开关的故障检测。

7.如权利要求6所述的功率开关故障检测电路，其中该转换电路的输入侧通过一输入开关耦接一输入电源。

8.如权利要求7所述的功率开关故障检测电路，其中该控制单元根据一取样频率于该电压信号进行取样以取得该检测值，该取样频率对应该转换电路为一全桥整流器或一半桥整流器，以及该输入电源为三相或单相而被决定。

9.如权利要求7所述的功率开关故障检测电路，该控制单元耦接于该输入开关，且当该控制单元判断该功率开关故障时，该控制单元提供一禁能信号关断该输入开关。

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