用于診斷功率變換系統(tǒng)中的短路和開路的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及測(cè)試電裝置。更確切地來說，本發(fā)明涉及檢測(cè)并隔離H橋變換器內(nèi)具 有短路或開路的電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] -般地，功率變換電路是指實(shí)現(xiàn)電功率的改變的任何電路，如逆變器、整流器、開 關(guān)橋等。功率變換電路使用多種技術(shù)，如脈寬調(diào)制（PWM)生成具有期望電壓和頻率的交流 (AC)功率的合理再生。功率變換電路在許多裝置中獲得應(yīng)用，許多裝置尤其例如AC電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)器、變頻驅(qū)動(dòng)器和高電壓功率傳輸。
[0003] 功率變換電路和其他電子系統(tǒng)常常使用特殊驅(qū)動(dòng)器和接收器，如低電壓差分發(fā)信 號(hào)（LVDS)驅(qū)動(dòng)器和接收器、通過線纜傳送信號(hào)。LVDS驅(qū)動(dòng)器具有分開沿著線纜傳送到LVDS 接收器的兩個(gè)輸出。在線纜的LVDS接收器端，線路通過端接電阻器連接在一起。電流回路 始發(fā)于一個(gè)傳送器輸出，下至線纜線路，經(jīng)由端接電阻器，返回線纜線路至另一個(gè)傳送器輸 出。電流回路在端接電阻器兩端產(chǎn)生電壓降，并且LVDS接收器感測(cè)該電壓降。
[0004] 許多功率變換電路包括在緊容限下制造的復(fù)雜半導(dǎo)體電路。因此，這些嵌入的裝 置經(jīng)受因過載導(dǎo)致的故障或失效。再有，由于半導(dǎo)體電路的復(fù)雜性，在一段時(shí)間之后，電路 組件可能無法最優(yōu)地實(shí)現(xiàn)性能。例如，線纜線路可能變得斷開和/或失效，傳送器可能失效 或處于高阻抗輸出狀態(tài)；或端接電阻器可能失效。在低于最優(yōu)性能的時(shí)間期間，電路內(nèi)的輸 出線路都不驅(qū)動(dòng)到端接電阻器，導(dǎo)致端接電阻器兩端的電壓下降到接近0。
[0005] 除了組件故障外，噪聲可能影響電路兩端的電壓降。噪聲可能從多種噪聲源耦合 到線纜線路中。此噪聲可能作為輸入被接收到接收器中并被放大。接收器的輸出可能在噪 聲被放大時(shí)振蕩，并相應(yīng)地觸發(fā)錯(cuò)誤的LVDS接收器邏輯。
[0006] 為了防止電路故障所導(dǎo)致的問題或使其最小化，使用故障防護(hù)電路。已開發(fā)多種 方法來解決與隔離功率變換器內(nèi)故障的電裝置關(guān)聯(lián)的問題。一種解決方案產(chǎn)生短路檢測(cè)的 生產(chǎn)測(cè)試過程。但是，此解決方案無法解決開路故障檢測(cè)信息異常。
[0007] 其他短路檢測(cè)系統(tǒng)向現(xiàn)有系統(tǒng)添加附加硬件，使得此類檢測(cè)系統(tǒng)成本過于高昂。 還嘗試過檢測(cè)功率變換器中具有開路的電裝置。一種解決方案使用弱電流源將LVDS路徑 拖向電源軌（supply rail)以生成故障信號(hào)來檢測(cè)開路故障。但是，此解決方案僅允許同 時(shí)測(cè)試最多兩個(gè)電路信號(hào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 鑒于前文提到的缺點(diǎn)，存在不增加附件硬件的情況下在逆變器離線時(shí)快速執(zhí)行的 故障檢測(cè)的需求。該解決方案還應(yīng)該能夠一次同時(shí)測(cè)試多于兩個(gè)的開路。
[0009] 在某些情況下，本發(fā)明的實(shí)施例提供允許精確地檢測(cè)故障發(fā)生的系統(tǒng)和方法。更 確切地來說，隔離特定故障裝置或開路位置，能夠?qū)崿F(xiàn)快速地識(shí)別和即刻解決。識(shí)別和解決 問題所需的時(shí)間縮短能夠增加故障查找的快速性和準(zhǔn)確性，從而最終減少變換器的停工時(shí) 間。
[0010] 在該實(shí)施例中，能夠?qū)⑻囟ü收想娧b置與系統(tǒng)內(nèi)的其他電裝置隔離。這種電裝置 識(shí)別和隔離通過經(jīng)系統(tǒng)施以脈沖測(cè)試來進(jìn)行。在正、負(fù)和中性位置對(duì)每個(gè)橋施以脈沖。該脈 沖能夠?qū)崿F(xiàn)診斷信息在功率系統(tǒng)內(nèi)快速運(yùn)動(dòng)。此外，該脈沖能夠?qū)崿F(xiàn)診斷信息的準(zhǔn)確性。 [0011] 另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于能夠在功率變換系統(tǒng)離線時(shí)執(zhí)行短路和開路診斷測(cè)試。在系統(tǒng)離 線時(shí)運(yùn)行診斷測(cè)試是所需要，因?yàn)檫@樣使測(cè)試能在非峰值使用時(shí)間期間進(jìn)行。此外，離線運(yùn) 行測(cè)試使得測(cè)試能夠以比在線執(zhí)行測(cè)試的情況下所能達(dá)到的更低的電流和電壓進(jìn)行。
[0012] 在某些實(shí)施例中，在正、負(fù)和中性位置對(duì)每個(gè)橋施以脈沖測(cè)試。在這些實(shí)施例中， 在系統(tǒng)離線時(shí)施以脈沖。當(dāng)?shù)湫透吖β首儞Q系統(tǒng)在線時(shí)，電流約接近10安培，以及電壓約 接近10000伏特。當(dāng)?shù)湫拖到y(tǒng)離線時(shí)，電流小于約1安培，以及電壓約接近1000伏特。
[0013] 另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于能夠在不向功率系統(tǒng)添加附加硬件的情況下使用該系統(tǒng)和方法。 現(xiàn)有技術(shù)需要向功率變換系統(tǒng)添加輔助硬件，如半導(dǎo)體，才能進(jìn)行故障分析。需要附加硬件 增加了功率系統(tǒng)的運(yùn)行成本，并且未提供允許檢測(cè)特定故障裝置的附加優(yōu)點(diǎn)。
[0014] 在某些實(shí)施例中，這些系統(tǒng)和方法使用現(xiàn)有功率系統(tǒng)編程來安裝用于故障檢測(cè)分 析的子程序。該子程序需要施以脈沖測(cè)試的簡(jiǎn)單化指令。由于其簡(jiǎn)單性，此子程序能夠在 主程序安裝之前安裝或基于臨時(shí)目的來安裝。
[0015] 本發(fā)明的另一個(gè)特征和優(yōu)點(diǎn)以及本發(fā)明的多種實(shí)施例結(jié)構(gòu)和操作參考附圖、在下 文中予以詳細(xì)描述。注意本發(fā)明不限于本文描述的特定實(shí)施例。本文給出此類實(shí)施例僅出 于說明的目的。相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員基于本文包含的教導(dǎo)將顯見到額外實(shí)施例。
[0016] 根據(jù)第一方面，提供了一種用于隔離和檢測(cè)高電壓多電平逆變器中的故障電裝置 的系統(tǒng)，包括：輸入驅(qū)動(dòng)器，所述輸入驅(qū)動(dòng)器設(shè)為從控制器接收輸入信號(hào)，并向所述控制器 傳送輸出信號(hào)；故障測(cè)試系統(tǒng)，所述故障測(cè)試系統(tǒng)包括第一檢測(cè)程序和第二檢測(cè)程序；接 收器裝置，所述接收器裝置設(shè)為通過第一信號(hào)從所述第一檢測(cè)程序接收測(cè)試數(shù)據(jù)和診斷信 息或通過第二信號(hào)從所述第二檢測(cè)程序接收測(cè)試數(shù)據(jù)和診斷信息；以及結(jié)果顯示器，所述 結(jié)果顯示器設(shè)為從所述接收器裝置接收測(cè)試數(shù)據(jù)。
[0017] 優(yōu)選地，所述故障測(cè)試系統(tǒng)設(shè)在所述輸入驅(qū)動(dòng)器與所述接收器裝置之間。
[0018] 優(yōu)選地，所述第一檢測(cè)程序向所述接收器裝置傳送所述第一信號(hào)，大約同時(shí)所述 第二檢測(cè)程序傳送所述第二信號(hào)，所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)兩者都傳送到所述接收器 裝直。
[0019] 優(yōu)選地，所述故障測(cè)試系統(tǒng)還包括可選程序，所述可選程序設(shè)為從所述輸入驅(qū)動(dòng) 器接收控制信號(hào)，以及設(shè)為通過信號(hào)將測(cè)試數(shù)據(jù)傳送到接收器裝置。
[0020] 優(yōu)選地，根據(jù)第一方面的系統(tǒng)還包括存儲(chǔ)器資料庫(kù)。進(jìn)一步地，所述存儲(chǔ)器資料庫(kù) 設(shè)為通過輸入信號(hào)從所述故障測(cè)試系統(tǒng)接收測(cè)試數(shù)據(jù)和診斷信息。進(jìn)一步地，所述存儲(chǔ)器 資料庫(kù)設(shè)為通過輸出信號(hào)將測(cè)試數(shù)據(jù)或先前存儲(chǔ)的信息傳送所述故障測(cè)試系統(tǒng)或通過信 號(hào)將測(cè)試數(shù)據(jù)或先前存儲(chǔ)的信息傳送到所述接收器裝置。
[0021] 根據(jù)第二方面，提供了一種用于隔離和檢測(cè)高電壓多電平逆變器內(nèi)的故障電裝置 的方法，包括：經(jīng)由每個(gè)電裝置傳送電流以確定所述逆變器內(nèi)的電裝置是否有短路；以指 定的配置布置所述逆變器內(nèi)的所述電裝置，其中至少一個(gè)電裝置為"導(dǎo)通"以及其余電裝置 為"關(guān)斷"；掃描所述逆變器內(nèi)"導(dǎo)通"的電裝置以確定所述DC總線是否已被充電；將所述 DC總線沒有充電報(bào)告為短路測(cè)試失??；將所述DC總線的充電報(bào)告為短路測(cè)試通過。
[0022] 優(yōu)選地，根據(jù)第二方面的方法還包括對(duì)電裝置的短電容器充電并報(bào)告所述短電容 器的充電失敗為短路測(cè)試失敗。
[0023] 優(yōu)選地，根據(jù)第二方面的方法還包括驗(yàn)證每個(gè)電裝置均已被掃描。
[0024] 優(yōu)選地，根據(jù)第二方面的方法還包括將所述測(cè)試數(shù)據(jù)和診斷信息傳送到顯示器。
[0025] 優(yōu)選地，根據(jù)第二方面的方法還包括進(jìn)行電裝置的光纖測(cè)試，所述光纖測(cè)試包括 將所述DC總線放電到基本接近0,向所述電裝置發(fā)送信號(hào)，確定所述電裝置是否產(chǎn)生應(yīng)答 違規(guī)