本發(fā)明涉及電能變換裝置中的監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電力電子變換器開關(guān)管漏電流在線監(jiān)測裝置及方法。

背景技術(shù)：

系統(tǒng)故障預(yù)測與健康管理(Prognostics and Health Management,PHM)是一種全面故障檢測、隔離和預(yù)測及健康管理技術(shù)。通過監(jiān)測系統(tǒng)的故障特征參數(shù)，借助各種推理算法來估計系統(tǒng)自身的健康狀況，在系統(tǒng)故障發(fā)生前對其故障能盡早監(jiān)測且能有效預(yù)測，準確定位退化或故障部位，并結(jié)合各種信息資源給出維修計劃，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的視情維修和自主式保障，對降低維護費用、保障系統(tǒng)的可靠性與安全性、提高戰(zhàn)備完好率和任務(wù)成功率具有十分重要的意義。PHM主要包括故障預(yù)測及健康管理兩大部分，其中故障預(yù)測是實現(xiàn)系統(tǒng)健康管理的基礎(chǔ)。

電力電子技術(shù)的應(yīng)用可大大提高電能變換裝置功率密度，減小體積和重量。隨著多電和全電飛機的發(fā)展，飛機用電量不斷增加，機載電力電子設(shè)備越來越多，因此對機載電力電子變換裝置的可靠性、可維護性及可測試性提出了更高的要求，電力電子系統(tǒng)的PHM的重要性也隨之提高。

根據(jù)故障性質(zhì)不同，電力電子變換電路的故障主要可分為結(jié)構(gòu)性故障和參數(shù)性故障。結(jié)構(gòu)性故障指電路器件出現(xiàn)短路、斷路而導(dǎo)致電路拓撲發(fā)生變化的故障。參數(shù)性故障指由于電力電子系統(tǒng)的器件參數(shù)退化而導(dǎo)致的軟故障。參數(shù)性故障通常不會立即使系統(tǒng)癱瘓，但是會引起輸出特性的改變，使系統(tǒng)的工作性能和可靠性降低；若能及時預(yù)測參數(shù)性故障，則可以避免演變?yōu)楦鼮閻毫拥南到y(tǒng)結(jié)構(gòu)性故障以及結(jié)構(gòu)性故障導(dǎo)致的更嚴重的影響，大大提高系統(tǒng)可靠性。因此實現(xiàn)故障預(yù)測的關(guān)鍵是特征參數(shù)的準確提取。

功率開關(guān)管是電力電子變換電路的重要組成部分，也是故障率較高的部分。漏電流變大是功率開關(guān)管衰退的重要特征之一。由于漏電流較小，在電力電子電路中難以提取，因而漏電流的在線提取方法還未見報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對背景技術(shù)中所涉及到的缺陷，提供一種電力電子變換器開關(guān)管漏電流在線監(jiān)測裝置及方法，能夠?qū)崟r監(jiān)測漏電流的變化，為功率開關(guān)管的壽命預(yù)測奠定基礎(chǔ)。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

一種電力電子變換器開關(guān)管漏電流在線監(jiān)測裝置，包括Buck變換器主功率電路、輔助開關(guān)管S_a和峰值檢測電路；

所述Buck變換器主功率電路包括輸入電壓源V_in、濾波電感L_f、濾波電容C_f、續(xù)流二極管D、功率開關(guān)管S和負載R_L；

所述輸入電壓源V_in負極接地、正極和所述功率開關(guān)管S的漏極相連；

所述功率開關(guān)管S的源極分別和輔助開關(guān)管S_a的漏極、峰值檢測電路的正極相連；

所述輔助開關(guān)管S_a的源極分別和峰值檢測電路的負極、二極管D的陰極、濾波電感L_f的一端相連；

所述濾波電感L_f的另一端分別和濾波電容C_f的正極、負載R_L的一端相連；

所述二極管D的陽極、濾波電容C_f的負極、負載R_L的另一端均接地。

作為本發(fā)明一種電力電子變換器開關(guān)管漏電流在線監(jiān)測裝置進一步的優(yōu)化方案，所述的功率開關(guān)管為MOSFET或IGBT。

本發(fā)明還公開了一種基于該電力電子變換器開關(guān)管漏電流在線監(jiān)測裝置的監(jiān)測方法，包含以下步驟：

步驟A)，根據(jù)Buck電路主功率開關(guān)管S的控制信號，給出輔助開關(guān)管S_a的控制信號：

當Buck電路功率開關(guān)管S開通時，輔助開關(guān)管S_a保持開通狀態(tài)；

當Buck電路功率開關(guān)管S關(guān)斷時，給輔助開關(guān)管S_a一個關(guān)斷時間為T_{off_sa}的關(guān)斷信號，T_{off_sa}小于開關(guān)管S的關(guān)斷時間；

步驟B)，檢測輔助開關(guān)管S_a兩端關(guān)斷期間的電壓峰值V_{AB_peak}；

步驟C)，根據(jù)輔助開關(guān)管S_a兩端關(guān)斷期間的電壓峰值V_{AB_peak}以及其關(guān)斷時間T_{off_sa}計算出Buck電路主功率開關(guān)管的漏電流I_leak大?。?/p>

其中，C_{ds_sa}為輔助開關(guān)管低壓處的漏源極結(jié)電容大小。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

1.不影響變換器的正常工作；

2.在線監(jiān)測開關(guān)管的漏電流，為開關(guān)管的壽命預(yù)測提供依據(jù)；

3.監(jiān)測方法簡單易實現(xiàn)。

附圖說明

圖1為Buck電路開關(guān)管漏電流監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為Buck電路開關(guān)管漏電流監(jiān)測裝置工作波形圖；

圖3為本發(fā)明仿真波形圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明：

如圖1所示，本發(fā)明公開了一種電力電子變換器開關(guān)管漏電流在線監(jiān)測裝置，包括Buck變換器主功率電路、輔助開關(guān)管S_a、峰值檢測電路；

所述Buck變換器主功率電路包括輸入電壓源V_in、濾波電感L_f、濾波電容C_f、續(xù)流二極管D、功率開關(guān)管S和負載R_L；

所述輸入電壓源V_in負極接地、正極和所述功率開關(guān)管S的漏極相連；

所述功率開關(guān)管S的源極分別和輔助開關(guān)管S_a的漏極、峰值檢測電路的正極相連；

所述輔助開關(guān)管S_a的源極分別和峰值檢測電路的負極、二極管D的陰極、濾波電感L_f的一端相連；

所述濾波電感L_f的另一端分別和濾波電容C_f的正極、負載R_L的一端相連；

所述二極管D的陽極、濾波電容C_f的負極、負載R_L的另一端均接地。

所述的功率開關(guān)管為MOSFET或IGBT。

圖2為Buck變換器開關(guān)管漏電流監(jiān)測裝置工作波形圖。當開關(guān)管S導(dǎo)通，S_a也導(dǎo)通時，S_a兩端電壓為其導(dǎo)通壓降；當開關(guān)管S關(guān)斷，S_a導(dǎo)通時，S_a兩端電壓為0；當開關(guān)管S關(guān)斷，S_a關(guān)斷瞬間，S_a可等效為其結(jié)電容C_{ds_sa}，流過S的漏電流給C_{ds_sa}充電，根據(jù)公式：

由于該充電過程較慢，S兩端電壓變化量不大，S的漏電流可以假設(shè)為一定值，因而根據(jù)S_a兩端關(guān)斷期間的電壓峰值V_{AB_peak}以及其關(guān)斷時間T_{off_sa}計算出Buck電路主功率開關(guān)管的漏電流I_leak大?。?/p>

本發(fā)明還公開了一種基于該電力電子變換器開關(guān)管漏電流在線監(jiān)測裝置的監(jiān)測方法，具體實施步驟如下：

步驟A)，根據(jù)Buck電路主功率開關(guān)管S的控制信號，給出輔助開關(guān)管S_a的控制信號：

當Buck電路功率開關(guān)管S開通時，輔助開關(guān)管S_a保持開通狀態(tài)；

當Buck電路功率開關(guān)管S關(guān)斷時，給輔助開關(guān)管S_a一個關(guān)斷時間為T_{off_sa}的關(guān)斷信號，T_{off_sa}小于開關(guān)管S的關(guān)斷時間；

步驟B)，檢測輔助開關(guān)管S_a兩端關(guān)斷期間的電壓峰值V_{AB_peak}；

步驟C)，根據(jù)輔助開關(guān)管S_a兩端關(guān)斷期間的電壓峰值V_{AB_peak}以及其關(guān)斷時間T_{off_sa}計算出Buck電路主功率開關(guān)管的漏電流I_leak大小，計算公式如下：

其中，C_{ds_sa}為輔助開關(guān)管低壓處的漏源極結(jié)電容大小。

圖3分別給出了主功率管S漏電流為100μA與200μA時、輔助開關(guān)管S_a兩端電壓的仿真波形圖，可以看出，輔助開關(guān)管S_a關(guān)斷期間兩端電壓的峰值與漏電流大小成正比，驗證了本方法理論的正確性。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。

以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。