專利名稱：一種逆變器故障檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及逆變器故障檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種逆變器故障檢測裝置。
背景技術(shù)：
目前，高頻開關(guān)電源模塊即高頻開關(guān)電源大量應(yīng)用于鐵路系統(tǒng)，其功率密度高，模塊化的特點(diǎn)已被廣泛認(rèn)同。高頻開關(guān)電源模塊的開發(fā)主要是基于逆變技術(shù)的發(fā)展。如圖I所示，圖I為全橋逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，圖中S1、S2、S3和S4均表示開關(guān)元器件如晶體管與二極管并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，V-BUS為母線，CO為母線電容，0UT_L為第一逆變橋輸出端，0UT_N為第二逆變橋輸出端，PGND為電源地。雖然橋式拓?fù)浜蚉WM(脈沖寬度調(diào)制)逆變技術(shù)相對(duì)成熟，但為保護(hù)高頻開關(guān)電源模塊，往往需要對(duì)橋臂的互補(bǔ)情況進(jìn)行檢測即檢測逆變器是否發(fā)生故障。傳統(tǒng)的逆變器故障檢測方法有如下兩種(1)采用分流器檢測逆變器故障。在圖I 中SI與S3之間和S2與S4之間均串聯(lián)接入一個(gè)分流器，通過檢測分流器兩端的電壓來判斷逆變器的橋臂電流情況，進(jìn)而判斷逆變器是否發(fā)生故障。例如，在逆變器發(fā)生橋臂直通或過流時(shí)，分流器兩端的電壓將突然增大，此時(shí)說明逆變器發(fā)生了故障，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警。但是，這種檢測方法存在以下不足一、由于逆變器故障時(shí)，流過分流器的電流非常大，分流器需要承受的功率太大；二、為了降低功耗，采用分流器的電阻一般較小，從而分流器兩端的電壓也就較小，但是小的電壓易受到干擾；三、由于分流器串接在逆變器的橋臂中間，從而使得分流器兩端的電壓信號(hào)不能與控制地隔離。(2)采用電流互感器檢測逆變器故障。在圖I中SI與S3之間和S2與S4之間均串聯(lián)接入一個(gè)電流互感器，電流互感器二次側(cè)接入電阻形成電壓信號(hào)，通過檢測該電阻兩端的電壓信號(hào)來判斷逆變器是否發(fā)生故障。與采用分流器檢測逆變器故障的方法相比，通過電流互感器實(shí)現(xiàn)了控制電流與強(qiáng)電的隔離，而且使用電流傳輸方式，降低了干擾，但此方法也有一定的缺陷一、電流互感器的電路特性比分流器復(fù)雜的多，實(shí)現(xiàn)過程復(fù)雜，而且成本高；二、當(dāng)逆變器發(fā)生橋臂直通時(shí)，電流將從母線V-BUS的正極直接流入負(fù)極，此時(shí)的電流不是高頻電流，而是直流電流，為了使電流互感器能夠正常工作，則電流互感中的磁性元件就要求非常大，這么大的磁性元件將很大程度上增加逆變器的主回路面積，由此會(huì)引發(fā)一系列的問題，例如逆變器的損耗增大、毛刺增大及逆變器電壓的總諧波失真(THD)高等問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種逆變器故障檢測裝置，其能夠迅速檢測出逆變器是否發(fā)生故障，且結(jié)構(gòu)簡單，成本低。為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種逆變器故障檢測裝置，包括脈沖信號(hào)檢測單元、隔離單元、電平信號(hào)調(diào)整單元及控制器；所述脈沖信號(hào)檢測單元與逆變器的輸出端連接，用于檢測逆變器的輸出端有無高壓脈沖信號(hào)，并將檢測結(jié)果輸入隔離單元；所述隔離單元與脈沖信號(hào)檢測單元和模擬地連接，用于將電平信號(hào)調(diào)整單元與逆變器隔離，并將所述檢測結(jié)果傳入電平信號(hào)調(diào)整單元；所述電平信號(hào)調(diào)整單元與隔離單元連接，用于根據(jù)所述檢測結(jié)果調(diào)整反映逆變器橋臂信息的電平信息，并將所述電平信息反饋給控制器；所述控制器與電平信號(hào)調(diào)整單元連接，用于根據(jù)傳入的電平信息判斷逆變器是否發(fā)生故障。特別地，所述脈沖信號(hào)檢測單元包括第一電容、第一二極管、第二二極管、第二電容、第一電阻、第二電阻及第三電阻；其中，第二電阻串接在逆變器的第一逆變橋輸出端和第一電容之間，第一電容的一端與第二電阻的一端連接，另一端與第一二極管的一端和第二二極管的一端連接，第三 電阻的一端與第一電阻的一端連接，另一端與第二電容的一端和第一二極管的一端連接，第一電阻的另一端與第二電容的另一端、第二二極管的另一端以及逆變器的第二逆變橋輸出端連接。特別地，所述電平信號(hào)調(diào)整單元包括上拉電路，與隔離單元和故障信號(hào)給定端連接，用于在脈沖信號(hào)檢測單元檢測出逆變器的輸出端沒有高壓脈沖信號(hào)時(shí)，將故障信號(hào)給定端的電平拉高為高電平；故障信號(hào)給定端，與隔離單元和控制器連接，用于將其自身的電平信息輸入控制器。特別地，所述上拉電路包括上拉電壓輸入端和上拉電阻，其中，所述上拉電阻的一端與上拉電壓輸入端連接，另一端與隔離單元和故障信號(hào)給定端連接。特別地，所述隔離單元為光電耦合器；在逆變器的輸出端有高壓脈沖信號(hào)時(shí)，第二電容的兩端積聚電壓，光電耦合器被所述電壓擊穿，故障信號(hào)給定端的電平變?yōu)榈碗娖剑刂破鳈z測到此低電平時(shí)，判斷逆變器沒有發(fā)生故障；當(dāng)逆變器的輸出端沒有高壓脈沖信號(hào)時(shí)，光電耦合器不能被擊穿，故障信號(hào)給定端的電平被上拉電路拉升為高電平，控制器檢測到此高電平時(shí)，判斷逆變器發(fā)生了故障。特別地，所述控制器還用于在判斷出逆變器發(fā)生故障時(shí)，發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，與此同時(shí)，關(guān)閉逆變器各橋臂開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電壓。特別地，所述隔離單元為隔離變壓器。本發(fā)明的有益效果(1)抗干擾能力強(qiáng)。脈沖信號(hào)檢測單元的檢測信號(hào)為高壓脈沖信號(hào)，不易受到干擾。(2)結(jié)構(gòu)簡單，成本低。逆變器故障檢測裝置由電阻、光電耦合器以及幾個(gè)二極管組成，占用印制電路板(PCB)較少，不影響逆變器的主回路面積，而且整個(gè)逆變器只使用一個(gè)逆變器故障檢測裝置，成本低。(3)功耗小，不影響整個(gè)高頻開關(guān)電源模塊的工作效率。(4)通過隔離單元實(shí)現(xiàn)了檢測電路與主電路的隔離，簡單，可靠。(5)反應(yīng)靈敏，檢測效率高。在控制器判斷逆變器發(fā)生故障時(shí)，能夠在最短時(shí)間內(nèi)關(guān)閉逆變器各橋臂開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電壓，避免故障擴(kuò)大。


圖I為全橋逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的逆變器故障檢測裝置的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖2所示，本實(shí)施例中逆變器故障檢測裝置包括脈沖信號(hào)檢測單元201、隔離單元202、電平信號(hào)調(diào)整單元203及控制器204。所述脈沖信號(hào)檢測單元201與逆變器的輸出端連接，用于檢測逆變器的輸出端有無高壓脈沖信號(hào)，并將檢測結(jié)果輸入隔離單元202。所述隔離單元202與脈沖信號(hào)檢測單元201和模擬地AGND連接，用于將電平信號(hào) 調(diào)整單元203與逆變器隔離，并將所述檢測結(jié)果傳入電平信號(hào)調(diào)整單元203。所述電平信號(hào)調(diào)整單元203與隔離單元202連接，用于根據(jù)所述檢測結(jié)果調(diào)整反映逆變器橋臂信息的電平信息，并將所述電平信息反饋給控制器204。電平信息也即電平的高低，電平的高低直接反映了橋臂的工作狀況。所述控制器204與電平信號(hào)調(diào)整單元203連接，用于根據(jù)傳入的電平信息判斷逆變器是否發(fā)生故障，并在判斷出逆變器發(fā)生故障時(shí)，發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，與此同時(shí)，關(guān)閉逆變器的各橋臂開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電壓。同時(shí)參照圖I所示，逆變器的輸出端包括第一逆變橋輸出端0UT_L和第二逆變橋輸出端0UT_N。本實(shí)施例中脈沖信號(hào)檢測單元201包括第一電容Cl、第一二極管Dl、第二二極管D2、第二電容C2、第一電阻R1、第二電阻R2和第三電阻R3。其中，第二電阻R2串接在第一逆變橋輸出端0UT_L和第一電容Cl之間，第一電容Cl的一端與第二電阻R2的一端連接，另一端與第一二極管Dl的一端和第二二極管D2的一端連接，第三電阻R3的一端與隔離單元202和第一電阻Rl的一端連接，另一端與第二電容C2的一端和第一二極管Dl的一端連接，第一電阻Rl的另一端與第二電容C2的另一端、第二二極管D2的另一端、隔離單元202以及逆變器的第二逆變橋輸出端0UT_N連接。隔離單元202可以選用光電耦合器Ul、隔離變壓器以及繼電器等隔離元件。本實(shí)施例中隔離單兀202選用光電稱合器U1。光電稱合器Ul的一次側(cè)設(shè)置有第一輸入端和第二輸入端，二次側(cè)設(shè)置有第一輸出端和第二輸出端，其中，第一輸入端與第一電阻Rl的一端和第三電阻R3的一端的連接，第二輸入端與第一電阻Rl的另一端、第二逆變橋輸出端0UT_N、第二電容C2的一端及第二二極管D2的一端連接；第一輸出端與電平信號(hào)調(diào)整單元203連接，第二輸出端與模擬地AGND連接。本實(shí)施例中的電平信號(hào)調(diào)整單元203由上拉電路和故障信號(hào)給定端I0_FAIL組成。其中，上拉電路包括上拉電壓輸入端VIN和上拉電阻R4，所述上拉電阻R4的一端與上拉電壓輸入端VIN連接,另一端與光電稱合器Ul的第一輸出端和故障信號(hào)給定端I0_FAIL連接。在工作時(shí)，上拉電路用于在脈沖信號(hào)檢測單元201檢測出逆變器的輸出端沒有高壓脈沖信號(hào)時(shí)，將故障信號(hào)給定端I0_FAIL的電平拉高為高電平。故障信號(hào)給定端I0_FAIL與光電稱合器Ul的第一輸出端和控制器204連接,用于將其自身的電平信息輸入控制器204。
該逆變器故障檢測裝置的具體工作過程如下逆變器在沒有發(fā)生故障(如橋臂直通或發(fā)生過流等)時(shí)，逆變器的輸出端將有高壓脈沖信號(hào)輸出，此時(shí)，第二電容C2的兩端將開始電壓積聚，隨著積聚的電壓值越來越大，光電耦合器Ul被擊穿，由于故障信號(hào)給定端I0_FAIL通過光電耦合器Ul與模擬地AGND連接，所以當(dāng)光電耦合器Ul被擊穿時(shí)，故障信號(hào)給定端I0_FAIL的電平變將變?yōu)榈碗娖?，控制?04檢測到此低電平時(shí)，判斷逆變器沒有發(fā)生故障。逆變器在發(fā)生故障時(shí)，例如發(fā)生橋臂直通或過流，逆變器的輸出端的高壓脈沖信號(hào)將消失，第二電容C2的兩端不能積聚電壓，所以光電耦合器Ul不能被擊穿，此時(shí)，上拉電路開始工作，上拉電壓輸入端VIN通過上拉電阻R4將3. 3V的電壓輸入故障信號(hào)給定端10_FAIL，故障信號(hào)給定端I0_FAIL的電平拉升為高電平，控制器204檢測到此高電平時(shí)，判斷逆變器發(fā)生了故障，同時(shí)，發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，并立即關(guān)閉逆變器的各橋臂開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電壓。
需要說明說的是，上拉電壓輸入端VIN輸入的3. 3V的電壓值是根據(jù)控制器204的高電平值設(shè)定的，當(dāng)控制器204的高電平值變化時(shí)，上拉電壓輸入端VIN輸入的電壓也隨之變化。為了便于控制器204檢測使用，在逆變器正常工作時(shí)，故障信號(hào)給定端I0_FAIL給出的是低電平保護(hù)信號(hào)，但本發(fā)明并不局限于此，該保護(hù)信號(hào)可以是任何具有跳變的電平或模擬信號(hào)。對(duì)該逆變器故障檢測裝置進(jìn)行改造后，還可以用于驅(qū)動(dòng)部分的檢測，檢測驅(qū)動(dòng)有無死區(qū)。本發(fā)明通過檢測逆變器輸出端有無高壓脈沖信號(hào)，獲取逆變器的橋臂信息，判斷逆變器是否發(fā)生故障，而且在控制器判斷逆變器發(fā)生故障時(shí)，能夠在最短時(shí)間內(nèi)關(guān)閉逆變器的各橋臂開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電壓，避免故障擴(kuò)大，不僅抗干擾能力強(qiáng)，反應(yīng)靈敏，而且結(jié)構(gòu)簡單，成本低。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種逆變器故障檢測裝置，其特征在于，包括脈沖信號(hào)檢測單元、隔離單元、電平信號(hào)調(diào)整單元及控制器； 所述脈沖信號(hào)檢測單元與逆變器的輸出端連接，用于檢測逆變器的輸出端有無高壓脈沖信號(hào)，并將檢測結(jié)果輸入隔離單元； 所述隔離單元與脈沖信號(hào)檢測單元和模擬地連接，用于將電平信號(hào)調(diào)整單元與逆變器隔離，并將所述檢測結(jié)果傳入電平信號(hào)調(diào)整單元； 所述電平信號(hào)調(diào)整單元與隔離單元連接，用于根據(jù)所述檢測結(jié)果調(diào)整反映逆變器橋臂信息的電平信息，并將所述電平信息反饋給控制器； 所述控制器與電平信號(hào)調(diào)整單元連接，用于根據(jù)傳入的電平信息判斷逆變器是否發(fā)生故障。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的逆變器故障檢測裝置，其特征在于，所述脈沖信號(hào)檢測單元包括第一電容、第一二極管、第二二極管、第二電容、第一電阻、第二電阻及第三電阻； 其中，第二電阻串接在逆變器的第一逆變橋輸出端和第一電容之間，第一電容的一端與第二電阻的一端連接，另一端與第一二極管的一端和第二二極管的一端連接，第三電阻的一端與第一電阻的一端連接，另一端與第二電容的一端和第一二極管的一端連接，第一電阻的另一端與第二電容的另一端、第二二極管的另一端以及逆變器的第二逆變橋輸出端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的逆變器故障檢測裝置，其特征在于，所述電平信號(hào)調(diào)整單元包括 上拉電路，與隔離單元和故障信號(hào)給定端連接，用于在脈沖信號(hào)檢測單元檢測出逆變器的輸出端沒有高壓脈沖信號(hào)時(shí)，將故障信號(hào)給定端的電平拉高為高電平； 故障信號(hào)給定端，與隔離單元和控制器連接，用于將其自身的電平信息輸入控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的逆變器故障檢測裝置，其特征在于，所述上拉電路包括上拉電壓輸入端和上拉電阻，其中，所述上拉電阻的一端與上拉電壓輸入端連接，另一端與隔離單元和故障信號(hào)給定端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的逆變器故障檢測裝置，其特征在于，所述隔離單元為光電耦合器；在逆變器的輸出端有高壓脈沖信號(hào)時(shí)，第二電容的兩端積聚電壓，光電耦合器被所述電壓擊穿，故障信號(hào)給定端的電平變?yōu)榈碗娖?，控制器檢測到此低電平時(shí)，判斷逆變器沒有發(fā)生故障；當(dāng)逆變器的輸出端沒有高壓脈沖信號(hào)時(shí)，光電耦合器不能被擊穿，故障信號(hào)給定端的電平被上拉電路拉升為高電平，控制器檢測到此高電平時(shí)，判斷逆變器發(fā)生了故障。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的逆變器故障檢測裝置，其特征在于，所述控制器還用于 在判斷出逆變器發(fā)生故障時(shí)，發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，與此同時(shí)，關(guān)閉逆變器各橋臂開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至4之一所述的逆變器故障檢測裝置，其特征在于，所述隔離單元為隔離變壓器。
全文摘要
本發(fā)明公開一種逆變器故障檢測裝置，包括脈沖信號(hào)檢測單元，與逆變器的輸出端連接，用于檢測逆變器的輸出端有無高壓脈沖信號(hào)，并將檢測結(jié)果輸入隔離單元；隔離單元，與脈沖信號(hào)檢測單元和模擬地連接，用于將電平信號(hào)調(diào)整單元與逆變器隔離，并將檢測結(jié)果傳入電平信號(hào)調(diào)整單元；電平信號(hào)調(diào)整單元，與隔離單元連接，用于根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)整反映逆變器橋臂信息的電平信息，并將所述電平信息反饋給控制器；控制器，與電平信號(hào)調(diào)整單元連接，用于根據(jù)傳入的電平信息判斷逆變器是否發(fā)生故障。本發(fā)明通過檢測逆變器輸出端有無高壓脈沖信號(hào)，獲取逆變器的橋臂信息，不僅結(jié)構(gòu)簡單，成本低，而且抗干擾能力強(qiáng)，靈敏度高。
文檔編號(hào)G01R31/00GK102707179SQ20121020375
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者湯益鋒, 馬治國, 魏學(xué)業(yè) 申請人:北京鼎漢技術(shù)股份有限公司