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DC-DC变换器故障诊断(一)

传统上用于诊断DC-DC变换器故障的电气量有开关管两端电压、二极管电压、电感电压和电流、输出电压等。选用输出电压作为诊断故障特征,输出电压容易受负载影响,且诊断时间长。对于以下结构。

图1  二次型的boost变换器

如图1所示的UL1*和UL2*。选用电感L1两端电压UL1、L2两端电压UL2作为二次型boost变换器故障诊断特征。此外,经分析任意开关管或二极管故障,都会导致电感电压UL1或UL2发生变化。后续诊断方法中只需要利用电感L1电压UL1、电感L2电压UL2及UL1-UL2的极性结合驱动信号P进行逻辑组合就可以判断开关管或二极管的开路短路故障。获得电感电压极性电路如图2所示,

图2 UL1*极性获取电路

1.开关管S短路故障分析

在P=1时开关管S发生短路故障和电路正常状态情况下一致,因此开关管S短路故障不能在P=1时检测出来。当P=0时开关管发生短路故障导致电感L1和电感L2的电流流过开关管S,根据基尔霍夫电压定律(KVL),此时电感L1两端的电压和电感L2两端的电压可以表示为:UL1=Uin>0和UL2=UC1>0。这与正常情况下:UL1=Uin-UC1<0 和UL2=UC1-Uout<0不一致,因此开关管S短路故障可以在P=0时检测到。

如果开关管S在P=0时发生短路故障则故障能被立刻检测出来,如果开关管S在P=1时发生短路故障,则故障需要延迟到P=0才能被检测出来,最长延迟时间为KT,延迟时间小于一个开关周期。

2.开关管S开路故障分析

在P=0时开关管S发生开路故障和电路正常状态情况下一致,因此开关管S开路故障不能在P=0时检测出来。当P=1时开关管发生开路故障导致电感L1和电感L2的电流不能流过开关管S,根据基尔霍夫电压定律(KVL),此时电感L1两端的电压和电感L2两端的电压可以表示为:UL1= UL1=Uin-UC1<0 和UL2=UC1-Uout<0。这与正常情况下:UL1=Uin>0和UL2=UC1>0不一致,因此开关管S开路故障可以在P=1时检测到。

如果开关管S在P=1时发生开路故障则故障能被立刻检测出来,如果开关管S在P=0时发生开路故障,则故障需要延迟到P=1才能被检测出来,最长延迟时间为(1-K)T,延迟时间小于一个开关周期。

3.实验结果分析

图3 (a)开关管S发生短路故障时信号P、UL1、UL2波形;(b)图(a)对应的逻辑信号值;(c)开关管S发生开路故障时信号P、UL1、UL2波形;(d)图(c)对应的逻辑信号值

上图为二次型boost变换器的开关管S故障波形图,其中开关管S故障发生在[t0,t1]之间的某个瞬间。可以看出,指示信号Ssd在t1时刻由高电平变为低电平,开关管S短路故障在P=0时被检测到,此时UL1>0;指示信号Ssk在t1时刻由高电平变为低电平,开关管S开路故障在P=1时被检测到,此时UL1>0。

正如理论分析的结果,在状态P = 1时无法检测到开关管发生短路故障,在状态P = 0时无法检测到开关管发生开路故障。显然,开关管的最大检测延迟时间与故障发生的时间点有关,最大延迟可以分别是KT和(1-K)T,其小于一个开关周期。

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2021-04-24 15:11

将DC-DC变换器的故障诊断 将的很透彻,不错。

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k6666
LV.9
3
2021-04-30 16:41

开关管S在P=1时发生开路故障则故障能被立刻检测出来,这个时延一般多久了?

1
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2021-04-30 18:34
@k6666
开关管S在P=1时发生开路故障则故障能被立刻检测出来,这个时延一般多久了?

时延小于一个采样周期

0
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2021-05-07 14:38

DCDC的故障诊断应用场合有哪些,是在实际产品中增加故障检测还是纯粹为了检测出问题的dcdc变换器

0
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frankL
LV.2
6
2021-05-07 14:39

一个开关周期多少时间?

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2021-05-07 22:09

对产品的自动检测设计有参考作用。感谢楼主分享!

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lkings
LV.6
8
2021-05-08 17:43

当发生短路故障时,看输了功率也可以看出来,如果是做保护,用软件不如硬件保护好。

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2021-05-11 12:20

感谢楼主分享!

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吕先森
LV.2
10
2021-05-17 16:43

DC-DC比较常见的故障有哪些

0
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cwm4610
LV.5
11
2021-05-20 13:34

如何判断管子的通断,短路和断路的故障?能否有实际的判断方法。

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2021-05-28 13:28
@frankL
一个开关周期多少时间?

这个主要看选择的设计芯片来确定,时间比较短,ms us

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2021-05-28 19:45

非隔离的直流电源??

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#回复内容已被删除#
14
yujunice
LV.5
15
2021-05-29 11:49

 DC/DC模块电源目前虽然成本较高,但从产品的漫长的应用周期的整体成本来看,特别是因系统故障而导致的高昂的维修成本及商誉损失来看,选用该电源模块还是合算合算的,在此还值得一提的是罗氏变换器电路,它的突出优点是电路结构简单,效率高和输出电压、电流的纹波值接近于零。

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2021-06-06 14:05
@zhangjiantao
DCDC的故障诊断应用场合有哪些,是在实际产品中增加故障检测还是纯粹为了检测出问题的dcdc变换器

目前是 应用在研究方面,还没具体针对产品做呢

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2021-06-06 14:06
@zhangteng73
对产品的自动检测设计有参考作用。感谢楼主分享!

谢谢 

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2021-06-06 14:06
@frankL
一个开关周期多少时间?

此实验 按10Khz 来的

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2021-06-06 14:07
@lkings
当发生短路故障时,看输了功率也可以看出来,如果是做保护,用软件不如硬件保护好。

但 还是先本着先软件保护 ,后硬件保护的原则

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2021-06-06 14:08
@亲爱的郭郭
非隔离的直流电源??

是这样的

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2021-06-17 10:25

电源门外汉问下,这个是功率型开关电源?DCDC芯片是不是基本用不上了?谢谢!

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2021-08-05 13:50
@天府大懒猫
电源门外汉问下,这个是功率型开关电源?DCDC芯片是不是基本用不上了?谢谢!

这是功率型电源 我没用过DC芯片

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