CN116593938B - 一种全桥llc谐振变换器开关管开路故障检测方法与电路 - Google Patents
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Abstract
一种全桥LLC谐振变换器开关管开路故障检测方法与电路，该方法包括步骤S1，实时采集全桥LLC谐振变换器初级侧超前桥臂和滞后桥臂的中点之间的电压；步骤S2，对每一个正半周期、负半周期的进行积分，得到每一个正半周期的电压积分值和每一个负半周期的电压积分值；步骤S3，按照LLC谐振变换器开关周期顺序，依次将每一次得到的正半周期的电压积分值与全桥LLC谐振变换器正常运行时正半周期的积分值进行比较，以及每一次得到的负半周期的电压积分值与全桥LLC谐振变换器正常运行时负半周期的积分值进行比较，根据比较结果确定T1、T2、T3、T4是否发生开路故障。
Description
技术领域
本发明涉及谐振变换器开关故障诊断技术领域，尤其指一种全桥LLC谐振变换器开关管开路故障检测方法与电路。
背景技术
目前，DC/DC直流变换器被广泛应用于各种直流电能变换的场合，推动直流的发展。其中，LLC谐振变换器采用高频软开关技术，具备体积小、损耗低、效率高等优势，更适合应用于一些特殊的场景，比如海底直流供电等。但是，这种场合对于系统供电可靠性要求极高，因此，提高LLC谐振变换器可靠性变得尤为重要。
无论应用场合和功率水平，初级侧半导体功开关被列为变换器的主要故障源，造成了这类变换器所面临的总故障的一半左右。为了提高变换器的鲁棒性和可用性，需要分析初级侧半导体故障特性及机理，并在此基础上提出相应的精准故障诊断策略。半导体故障主要分为短路故障和开路故障。对于短路故障，绝大部分的驱动电路已经集成了短路保护功能。然而，缺乏对开路故障的保护设计。开关管开路故障时，故障特征不是很明显，系统可能会继续运行。但是开路故障导致的过流过压长时间会损害健康器件。
在现有技术中：
文献[X. Pei, S. Nie, Y. Chen and Y. Kang, "Open-Circuit FaultDiagnosis and Fault-Tolerant Strategies for Full-Bridge DC–DC Converters," inIEEE Transactions on Power Electronics, vol. 27, no. 5, pp. 2550-2565, May2012.]针对隔离式移相全桥DC/DC变换器提出一种开关管开路故障检测方法，采用直流输入侧电容电压和变压器初级电压平均值作为诊断标准。该方法在已运行或生产的DC/DC变换器设备无法配置，需要在设备生产研制过程中对谐振变压器设计额外的辅助绕组，用于故障诊断量的采集。
文献[M. Shahbazi, E. Jamshidpour, P. Poure, S. Saadate and M. R.Zolghadri, "Open- and Short-Circuit Switch Fault Diagnosis for NonisolatedDC–DC Converters Using Field Programmable Gate Array," in IEEE Transactionson Industrial Electronics, vol. 60, no. 9, pp. 4136-4146, Sept. 2013.]提出一种基于FPGA的非隔离DC/DC变换器快速开关故障诊断方法，该方法采用FPGA处理器和两个故障检测子系统，这将会增加故障诊断模块拓扑和算法的复杂性。
文献[[M. Zheng, H. Wen, H. Shi, Y. Hu, Y. Yang and Y. Wang, "Open-Circuit Fault Diagnosis of Dual Active Bridge DC-DC Converter with Extended-Phase-Shift Control," in IEEE Access, vol. 7, pp. 23752-23765, 2019.]提出一种采用桥臂中点电压平均值作为诊断量的DC/DC变换器开路故障诊断方法，该方法的采样误差会导致故障误判问题，这对于采样的精度要求较高。
文献[Y. Chen, X. Pei, S. Nie and Y. Kang, "Monitoring and Diagnosisfor the DC–DC Converter Using the Magnetic Near Field Waveform," in IEEETransactions on Industrial Electronics, vol. 58, no. 5, pp. 1634-1647, May2011.]提出一种利用磁场近场作为诊断标准的DC/DC变换器故障诊断方法，使用环形磁近场探针捕获变换器的磁近场。然而该方法容易受到诊断位置和外部环境的干扰，导致误诊断问题，并在实际应用场合可能不太合适。
文献[S. Zhuo, A. Gaillard, L. Xu, C. Liu, D. Paire and F. Gao, "AnObserver-Based Switch Open-Circuit Fault Diagnosis of DC–DC Converter forFuel Cell Application," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol.56, no. 3, pp. 3159-3167, May-June 2020.]提出一种基于Luenberger观测器开关故障实时诊断方法，应用于DC/DC交错升压变换器。该方法采用电感电流作为诊断变量，减少使用额外传感器，但是该方法对于算法要求较高，并且处理速度有限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种全桥LLC谐振变换器开关管开路故障检测方法与电路，该方法利用初级侧超前桥臂和滞后桥臂的中点之间的电压积分值来识别开路故障开关管位置，不仅简单、快速，且检测精度高、与现有硬件设备兼容性强。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方法：一种全桥LLC谐振变换器开关管开路故障检测方法，所述全桥LLC谐振变换器初级侧超前桥臂的上开关管为T1、下开关管为T2，滞后桥臂的上开关管为T3、下开关管为T4，该方法包括：
步骤S1，实时采集全桥LLC谐振变换器初级侧超前桥臂和滞后桥臂的中点之间的电压；
步骤S2，对每一个正半周期、负半周期的进行积分，得到每一个正半周期的电压积分值/>和每一个负半周期的电压积分值/>；
步骤S3，按照LLC谐振变换器开关周期顺序，依次将每一次得到的正半周期的电压积分值与全桥LLC谐振变换器正常运行时正半周期的/>积分值/>进行比较，以及每一次得到的负半周期的电压积分值/>与全桥LLC谐振变换器正常运行时负半周期的/>积分值/>进行比较，根据比较结果确定T1、T2、T3、T4是否发生开路故障。
进一步的，步骤S1中，将采样得到的进行放大和滤波处理。
更进一步的，步骤S3中，在确定T1、T2、T3、T4是否发生开路故障时：
S31，先将步骤S2得到的第一个正半周期的电压积分值与全桥LLC谐振变换器正常运行时正半周期的/>积分值/>进行比较，若/>，即转至S32，否则确定T1、T4未发生开路故障，并将步骤S2接下来得到的第一个负半周期的电压积分值/>与全桥LLC谐振变换器正常运行时负半周期的/>积分值/>进行比较，此时，若/>，即转至S33，否则确定T2、T3未发生开路故障，并重复S31继续下一轮周期的比较；
S32，将紧接着的负半周期的电压积分值与/>进行比较，若/>，即确定T1发生开路故障，若/>，即确定T4发生开路故障；
S33，将紧接着的正半周期的电压积分值与/>进行比较，若/>，即确定T2发生开路故障，若/>，即确定T3发生开路故障；
所述α为整定系数，其值设为10%。
作为本发明的另一面，一种全桥LLC谐振变换器开关管开路故障检测电路，采用前述全桥LLC谐振变换器开关管开路故障检测方法检测T1、T2、T3、T4是否发生开路故障，该电路包括依次连接的采样电路、放大滤波电路、积分电路、比较电路和故障信号输出电路；
所述采样电路与全桥LLC谐振变换器初级侧超前桥臂、滞后桥臂的中点连接；所述采样电路用于采集；
所述放大滤波电路用于对采样得到进行放大和滤波；
所述积分电路用于对进行积分，得到/>和/>；
所述比较电路用于比较与/>的大小，以及/>与/>的大小；
所述故障信号输出电路用于根据比较电路得到的结果输出不同的信号，以表示T1、T2、T3、T4是否发生开路故障。
进一步的，所述采样电路包括快恢复二极管与分压电阻；所述快恢复二极管/>的阳极分别与全桥LLC谐振变换器初级侧超前桥臂、滞后桥臂的中点连接，快恢复二极管/>的阴极依次连接分压电阻/>后再与/>的阳极连接，快恢复二极管/>的阴极依次连接分压电阻/>后再与/>的阳极连接；
所述放大滤波电路包括差分运算放大器与电阻/>与电容；所述差分运算放大器/>的同相输入端与分压电阻/>的中点连接，反相输入端与/>的阳极连接，输出端与电阻/>、电容/>组成的滤波线路连接；所述差分运算放大器/>的同相输入端与分压电阻/>的中点连接，反相输入端与/>的阳极连接，输入端与电阻/>、电容/>组成的滤波线路连接；
所述积分电路包括运算放大器与电阻R/>与电容/>；所述运算放大器/>的同相输入端、反相输入端分别与电容/>的两端连接；所述运算放大器/>的同相输入端、反相输入端分别与电容/>的两端连接；所述电阻/>与电容/>并联，其一端与运算放大器/>的同相输入端连接，另一端与运算放大器/>的输出端连接；所述电阻与电容/>并联，其一端与运算放大器/>的同相输入端连接，另一端与运算放大器/>的输出端连接；
所述比较电路包括比较器；所述比较器/>的同相输入端与比较器/>的反相输入端均与运算放大器/>的输出端连接，所述比较器/>的反相输入端输入，所述比较器/>的同相输入端输入/>；所述比较器/>的反相输入端与比较器的同相输入端均与运算放大器/>的输出端连接，所述比较器/>的同相输入端输入，所述比较器/>的反相输入端输入/>；
所述故障信号输出电路包括逻辑门；所述逻辑门/>的两个输入端分别与比较器/>的输出端连接，所述逻辑门/>的输出端输出表示T1开路故障状态的信号/>；所述逻辑门/>的两个输入端分别与比较器/>的输出端连接，所述逻辑门/>的输出端输出表示T2开路故障状态的信号/>；所述逻辑门/>的一个输入端与逻辑门/>输出取反后的端口连接，另一个输入端与比较器/>的输出端连接，所述逻辑门/>的输出端输出表示T4开路故障状态的信号/>；所述逻辑门/>的一个输入端与逻辑门/>输出取反后的端口连接，另一个输入端与比较器/>的输出端连接，所述逻辑门/>的输出端输出表示T3开路故障状态的信号/>。
优选的，所述故障信号输出电路中的逻辑门均为与门；所述信号/>为1表示T1发生开路故障；所述信号/>为1表示T2发生开路故障；所述信号为1表示T4发生开路故障；所述信号/>为1表示T3发生开路故障；所述信号均为0表示T1、T2、T3、T4均未发生开路故障。
本发明提供了一种全桥LLC谐振变换器开关管开路故障检测方法与电路，该方法利用初级侧超前桥臂和滞后桥臂的中点之间的电压积分值来识别开路故障开关管位置，具体来说，通过检测电路中的采集电路采集超前桥臂和滞后桥臂的中点之间的电压，并通过积分电路输出电压积分值，再经过比较电路比较电压积分值的变化，从而得到表示开路故障状态的信号。相较于传统的LLC开路故障诊断方法而言，本发明提供的方法具有更高的检测精度，以及更快的检测速度，其能最快在一个开关周期内检测出开关管的开路故障。另外，本发明提供的检测电路控制与拓扑简单，与现有硬件设备兼容性强，硬件成本低。
附图说明
图1为本发明所涉全桥LLC谐振变换器的拓扑图；
图2a为T2开路故障下的波形图；
图2b为T2开路故障下T1、T4同时导通时的全桥LLC谐振变换器暂态回路拓扑图；
图2c为T2开路故障下T4关断、T3导通时的全桥LLC谐振变换器暂态回路拓扑图；
图2d为T2开路故障下T3断开、T4导通时的全桥LLC谐振变换器暂态回路拓扑图；
图3a为T4开路故障下的波形图；
图3b为T4开路故障下T1、T4同时导通时的全桥LLC谐振变换器暂态回路拓扑图；
图3c为T4开路故障下T4关断、T3导通时的全桥LLC谐振变换器暂态回路拓扑图；
图3d为T4开路故障下T1断开、T2导通时的全桥LLC谐振变换器暂态回路拓扑图；
图3e为T4开路故障下T3断开、T4导通时的全桥LLC谐振变换器暂态回路拓扑图；
图4a为T1开路故障下的波形图；
图4b为T4开路故障下的波形图；
图4c为T2开路故障下的波形图；
图4d为T3开路故障下的波形图；
图5为本发明所涉全桥LLC谐振变换器开关管开路故障检测电路的拓扑图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
为了更好的理解本发明，在阐述本发明之前，先作如下介绍。
如图1所示，本发明中的全桥LLC谐振变换器主要由初级侧、谐振腔和次级侧三个部分组成。初级侧的超前桥臂由两个碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管( SiC MOSFET) 构成，其中一个SiC MOSFET由上开关管为T1、寄生电容C 1、体反并联二极管构成，另外一个SiC MOSFET由下开关管为T2、寄生电容C 2、体反并联二极管/>构成；初级侧的滞后桥臂也由两个SiC MOSFET构成，其中一个SiC MOSFET由上开关管为T3、寄生电容C 3、体反并联二极管/>构成，另外一个SiC MOSFET由下开关管为T4、寄生电容C 4、体反并联二极管/>构成。谐振腔包括谐振电感/>、励磁电感/>和谐振电容/>。次级侧采用4个肖特基二极管(D 1~D 4)构成。
全桥LLC谐振变换器初级侧不同开关管在不同时刻发生开路故障都是可能的，情况比较多。接下来以T2和T4为例进行开路故障（OCF）特性分析。图1中，为全桥LLC谐振变换器初级侧超前桥臂和滞后桥臂的中点之间的电压，分别为全桥LLC谐振变换器输入电压、谐振电容两端电压、SiC MOSFET通态压降、体反并联二极管导通压降。
1、T2开路故障分析
T2在T1、T4同时导通时发生OCF后的暂态分析，忽略死区时间，其部分暂态波形如图2a所示。
（1）T1、T4同时导通，在t I时刻T2发生OCF，由于T2的断开不会影响T1、T4原来的工作状态，回路如图2b所示，在t I时刻前后：。
（2）T4关断，T3导通，即T1、T3同时导通，形成续流回路，如图2c所示，则有：。
（3）T1断开，T2导通(由于T2发生OCF，则T2仍处于断开状态），则此过程只有T3导通，导致电流会发生多次变化，分析过程较为复杂，主要分为五个微暂态过程具体如下：
①由于电感电流不能发生突变，则电流方向不变，则T3、形成续流回路，此时：。
②电感电流不断减小，C 2上的电压增加，则有：
③电感电流减小到0，此时保持不变，谐振电感两端电压/>接近于0，则：。
④电感电流开始反向增加，C 1上的电压反向增加直到能够导通，则有：
⑤与T3形成续流回路，则：/>。
（4）T3断开，T4导通(由于T2发生OCF，仍处于断开状态），即只有T4处于导通状态，由于电感电流不发生突变，则此时T4、形成续流回路，如图2d所示，则有：
。
（5）T2断开，T1导通，即T1、T4同时导通，则形成对谐振电容正向充电回路，如图2b所示，则有：。
2、T4开路故障分析
T4在T1、T4同时导通时发生OCF后的暂态分析，忽略死区时间, 其部分暂态波形如图3a所示。
（1）T1、T4同时导通，在t I时刻T4发生OCF，在t I时刻前：，在t I时刻后，由于电感电流不发生突变，T1与/>形成续流回路，如图3b所示，则有：/>。
（2）T4关断，T3导通，即T1、T3同时导通，形成续流回路，如图3c所示，则有：。
（3）T1断开，T2导通，即T2、T3形成对谐振电容形成反向充电回路，如图3d所示，则有：。
（4）T3断开，T4导通(由于T4发生OCF，仍处于断开状态），即只有T4处于导通状态，由于电感电流不发生突变，则此时T2、形成续流回路，如图3e所示，则有：。
（5）T2断开，T1导通，即只有T1处于导通状态，此过程较为复杂，电流的流动发生多次变化，主要分为5个微暂态过程，具体如下：
①由于电感电流不能发生突变，则电流方向不变，则T1、形成续流回路，此时：。
②电感电流不断减小，C 4上的电压增加，则有：
③电感电流减小到0，此时 r保持不变，谐振电感两端电压/>接近于0，则：。
④电感电流开始反向增加，C 3上的电压反向增加直到能够导通，则有：
⑤与T1形成续流回路，则：/>。
同样地，对T1和T3开路故障进行分析，在故障后一个周期后，的变化情况，如表1所示。可以看出相比于正常运行时，在开路故障后/>总会在某些模态时发生改变。
鉴于上述分析，为了提高变换器的可用性和鲁棒性，本发明拟利用一个简单的逻辑电路，将初级侧超前桥臂和滞后桥臂的中点之间的电压积分值作为检测特征，以实现精准、快速的开关管开路故障的诊断。本发明具备最快在一个开关周期内诊断开关器件故障的技术能力。关于本发明，具体如下。
如图5所示，一种全桥LLC谐振变换器开关管开路故障检测电路，包括采样电路、放大滤波电路、积分电路、比较电路和故障信号输出电路。
采样电路包括快恢复二极管与分压电阻/>；快恢复二极管/>的阳极分别与全桥LLC谐振变换器初级侧超前桥臂、滞后桥臂的中点连接，快恢复二极管/>的阴极依次连接分压电阻/>后再与/>的阳极连接，快恢复二极管/>的阴极依次连接分压电阻/>后再与/>的阳极连接。
放大滤波电路包括差分运算放大器与电阻/>与电容/>；所述差分运算放大器/>的同相输入端与分压电阻/>的中点连接，反相输入端与/>的阳极连接，输出端与电阻/>、电容/>组成的滤波线路连接；差分运算放大器/>的同相输入端与分压电阻/>的中点连接，反相输入端与/>的阳极连接，输入端与电阻/>、电容/>组成的滤波线路连接。
积分电路包括运算放大器与电阻/>与电容/>；运算放大器/>的同相输入端、反相输入端分别与电容/>的两端连接；运算放大器/>的同相输入端、反相输入端分别与电容/>的两端连接；电阻/>与电容/>并联，其一端与运算放大器的同相输入端连接，另一端与运算放大器/>的输出端连接；电阻/>与电容/>并联，其一端与运算放大器/>的同相输入端连接，另一端与运算放大器/>的输出端连接。
比较电路包括比较器；比较器/>的同相输入端与比较器/>的反相输入端均与运算放大器/>的输出端连接，比较器/>的反相输入端输入/>，所述比较器/>的同相输入端输入/>；比较器/>的反相输入端与比较器/>的同相输入端均与运算放大器/>的输出端连接，比较器/>的同相输入端输入/>，比较器/>的反相输入端输入/>。
故障信号输出电路包括逻辑门；逻辑门/>的两个输入端分别与比较器/>的输出端连接，逻辑门/>的输出端输出表示T1开路故障状态的信号/>；/>为1表示T1发生开路故障；逻辑门/>的两个输入端分别与比较器/>的输出端连接，逻辑门/>的输出端输出表示T2开路故障状态的信号/>；/>为1表示T2发生开路故障；逻辑门/>的一个输入端与逻辑门/>输出取反后的端口连接，另一个输入端与比较器/>的输出端连接，逻辑门/>的输出端输出表示T4开路故障状态的信号/>；为1表示T4发生开路故障；逻辑门/>的一个输入端与逻辑门/>输出取反后的端口连接，另一个输入端与比较器/>的输出端连接，逻辑门/>的输出端输出表示T3开路故障状态的信号/>，/>为1表示T3发生开路故障；若信号/>均为0则表示T1、T2、T3、T4均未发生开路故障。
使用前述全桥LLC谐振变换器开关管开路故障检测电路以检测开关管开路故障的方法主要由以下三大步骤组成。
步骤S1，采样电路实时采集全桥LLC谐振变换器初级侧超前桥臂和滞后桥臂的中点之间的电压，放大滤波电路再将采样得到的/>进行放大和滤波处理。
步骤S2，积分电路对每一个正半周期、负半周期的进行积分，得到每一个正半周期的电压积分值/>和每一个负半周期的电压积分值/>。
步骤S3，按照LLC谐振变换器开关周期顺序，依次将每一次得到的正半周期的电压积分值与全桥LLC谐振变换器正常运行时正半周期的/>积分值/>进行比较，以及每一次得到的负半周期的电压积分值/>与全桥LLC谐振变换器正常运行时负半周期的/>积分值/>进行比较，根据比较结果确定T1、T2、T3、T4是否发生开路故障。
此处，值得一提的是，在移相控制全桥LLC谐振变换器正常运行时，对每一个正半周期的进行积分，如图4a-图4d所示，假设在t 1时刻检测到/>由0变成/>，经过时间（/>为变换器开关周期，/>为移相角时间）/>又改变为0，在这个正半周期内，积分值/>为：
(1)
同理，在移相控制全桥LLC谐振变换器正常运行时，对每一个负半周期的进行积分，如图4a-图4d所示，假设在t 3时刻检测到/>由0变成/>，经过时间/>，/>又改变为0，在这个负半周期内，/>积分值/>为：
(2)
当T1、T4发生OCF后，由于寄生电容和体反并联二极管的作用，谐振腔电流会经过它们进行续流，但会导致减小。因此，此时如图4a和图4b所示，/>会小于/>，考虑到采样精度误差和干扰问题，引入整定系数α，其值设为10%。如下：
(3)
同理，当T2、T3发生OCF后，如图4c和图4d所示，会小于/>，同样考虑到采样精度误差和干扰问题，引入整定系数α，其值设为10%。如下：
(4)
检测故障发生后，需精准定位到故障开关管的位置。当检测到T1故障，在紧接着的负半周期，从检测变为/>的时刻t II开始到变为0的时刻t IV结束，/>如公式（5）；当检测到T4故障，在紧接着的负半周期，从检测/>变为/>的时刻t III开始到变为0的时刻t IV结束，/>如公式（6）：
T1 OCF：(5)
T4 OCF：(6)/>
同样地，当检测到T2开路故障时，在紧接着的正半周期，从检测变为/>的时刻t IV开始到变为0的时刻t VI结束，/>如公式（7）；当检测到T3开路故障时，在紧接着的正半周期，从检测/>变为/>的时刻t V开始到变为0的时刻t VI结束，/>如公式（8）：
T2 OCF：(7)
T3 OCF：(8)
不同开关管在TI和T4导通运行时发生开路故障后与正常运行时积分值的对比如下表2所示。
基于上述分析，可以明确具体的开路故障诊断步骤为：
S31，先利用比较电路将步骤S2得到的第一个正半周期的电压积分值与全桥LLC谐振变换器正常运行时正半周期的/>积分值/>进行比较，若/>，即转至S32，否则故障信号输出电路输出信号/>、/>均为0，表示T1、T4均未发生开路故障，并将步骤S2接下来得到的第一个负半周期的电压积分值/>与全桥LLC谐振变换器正常运行时负半周期的/>积分值/>进行比较，此时，若/>，即转至S33，否则故障信号输出电路输出信号/>、/>均为0，表示T2、T3均未发生开路故障，并重复S31继续下一轮周期的比较。
S32，将紧接着的负半周期的电压积分值与/>进行比较，若/>，故障信号输出电路的逻辑门/>将输出信号/>为1，确定T1发生开路故障，若，故障信号输出电路的逻辑门/>将输出信号/>为1，确定T4发生开路故障。/>
S33，将紧接着的正半周期的电压积分值与/>进行比较，若/>，故障信号输出电路的逻辑门/>将输出信号/>为1，即确定T2发生开路故障，若，故障信号输出电路的逻辑门/>将输出信号/>为1，确定T3发生开路故障。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其他元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。
Claims (5)
1.一种全桥LLC谐振变换器开关管开路故障检测方法，所述全桥LLC谐振变换器初级侧超前桥臂的上开关管为T1、下开关管为T2，滞后桥臂的上开关管为T3、下开关管为T4，其特征在于，该方法包括：
步骤S1，实时采集全桥LLC谐振变换器初级侧超前桥臂和滞后桥臂的中点之间的电压；
步骤S2，对每一个正半周期、负半周期的进行积分，得到每一个正半周期的电压积分值/>和每一个负半周期的电压积分值/>；
步骤S3，按照LLC谐振变换器开关周期顺序，依次将每一次得到的正半周期的电压积分值与全桥LLC谐振变换器正常运行时正半周期的/>积分值/>进行比较，以及每一次得到的负半周期的电压积分值/>与全桥LLC谐振变换器正常运行时负半周期的/>积分值/>进行比较，根据比较结果确定T1、T2、T3、T4是否发生开路故障；
在确定T1、T2、T3、T4是否发生开路故障时：
S31，先将步骤S2得到的第一个正半周期的电压积分值与全桥LLC谐振变换器正常运行时正半周期的/>积分值/>进行比较，若/>，即转至S32，否则确定T1、T4未发生开路故障，并将步骤S2接下来得到的第一个负半周期的电压积分值/>与全桥LLC谐振变换器正常运行时负半周期的/>积分值/>进行比较，此时，若/>，即转至S33，否则确定T2、T3未发生开路故障，并重复S31继续下一轮周期的比较；
S32，将紧接着的负半周期的电压积分值与/>进行比较，若/>，即确定T1发生开路故障，若/>，即确定T4发生开路故障；
S33，将紧接着的正半周期的电压积分值与/>进行比较，若/>，即确定T2发生开路故障，若/>，即确定T3发生开路故障；
所述为整定系数，其值设为10%。
2.根据权利要求1所述的全桥LLC谐振变换器开关管开路故障检测方法，其特征在于：步骤S1中，将采样得到的进行放大和滤波处理。
3.一种全桥LLC谐振变换器开关管开路故障检测电路，其特征在于：采用权利要求1-2中任意一项所述的全桥LLC谐振变换器开关管开路故障检测方法检测T1、T2、T3、T4是否发生开路故障，该电路包括依次连接的采样电路、放大滤波电路、积分电路、比较电路和故障信号输出电路；
所述采样电路与全桥LLC谐振变换器初级侧超前桥臂、滞后桥臂的中点连接；所述采样电路用于采集；
所述放大滤波电路用于对采样得到的进行放大和滤波；
所述积分电路用于对进行积分，得到/>和/>；
所述比较电路用于比较与/>的大小，以及/>与/>的大小；
所述故障信号输出电路用于根据比较电路得到的结果输出不同的信号，以表示T1、T2、T3、T4是否发生开路故障。
4.根据权利要求3所述的全桥LLC谐振变换器开关管开路故障检测电路，其特征在于：
所述采样电路包括快恢复二极管与分压电阻/>；所述快恢复二极管/>的阳极分别与全桥LLC谐振变换器初级侧超前桥臂、滞后桥臂的中点连接，快恢复二极管/>的阴极依次连接分压电阻/>后再与/>的阳极连接，快恢复二极管/>的阴极依次连接分压电阻/>后再与/>的阳极连接；
所述放大滤波电路包括差分运算放大器与电阻/>与电容/>；所述差分运算放大器/>的同相输入端与分压电阻/>的中点连接，反相输入端与/>的阳极连接，输出端与电阻/>、电容/>组成的滤波线路连接；所述差分运算放大器/>的同相输入端与分压电阻/>的中点连接，反相输入端与/>的阳极连接，输入端与电阻/>、电容/>组成的滤波线路连接；
所述积分电路包括运算放大器与电阻/>与电容/>；所述运算放大器/>的同相输入端、反相输入端分别与电容/>的两端连接；所述运算放大器/>的同相输入端、反相输入端分别与电容/>的两端连接；所述电阻/>与电容/>并联，其一端与运算放大器/>的同相输入端连接，另一端与运算放大器/>的输出端连接；所述电阻/>与电容/>并联，其一端与运算放大器/>的同相输入端连接，另一端与运算放大器/>的输出端连接；
所述比较电路包括比较器；所述比较器/>的同相输入端与比较器的反相输入端均与运算放大器/>的输出端连接，所述比较器/>的反相输入端输入1.1，所述比较器/>的同相输入端输入0.9/>；所述比较器/>的反相输入端与比较器/>的同相输入端均与运算放大器/>的输出端连接，所述比较器/>的同相输入端输入0.9/>，所述比较器/>的反相输入端输入1.1/>；
所述故障信号输出电路包括逻辑门；所述逻辑门/>的两个输入端分别与比较器/>的输出端连接，所述逻辑门/>的输出端输出表示/>开路故障状态的信号/>；所述逻辑门/>的两个输入端分别与比较器/>的输出端连接，所述逻辑门/>的输出端输出表示/>开路故障状态的信号/>；所述逻辑门/>的一个输入端与逻辑门/>输出取反后的端口连接，另一个输入端与比较器/>的输出端连接，所述逻辑门的输出端输出表示/>开路故障状态的信号/>；所述逻辑门/>的一个输入端与逻辑门/>输出取反后的端口连接，另一个输入端与比较器/>的输出端连接，所述逻辑门/>的输出端输出表示/>开路故障状态的信号/>。
5.根据权利要求4所述的全桥LLC谐振变换器开关管开路故障检测电路，其特征在于：所述故障信号输出电路中的逻辑门均为与门；所述信号/>为1表示发生开路故障；所述信号/>为1表示/>发生开路故障；所述信号/>为1表示发生开路故障；所述信号/>为1表示/>发生开路故障；所述信号均为0表示/>均未发生开路故障。
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- 2023-07-13 CN CN202310859797.XA patent/CN116593938B/zh active Active
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