[发明专利]用于诊断功率变换系统中的短路和开路的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及测试电装置。更确切地来说，本发明涉及检测并隔离H桥变换器内具有短路或开路的电装置。

背景技术

一般地，功率变换电路是指实现电功率的改变的任何电路，如逆变器、整流器、开关桥等。功率变换电路使用多种技术，如脉宽调制（PWM）生成具有期望电压和频率的交流（AC）功率的合理再生。功率变换电路在许多装置中获得应用，许多装置尤其例如AC电动机驱动器、变频驱动器和高电压功率传输。

功率变换电路和其他电子系统常常使用特殊驱动器和接收器，如低电压差分发信号（LVDS）驱动器和接收器、通过线缆传送信号。LVDS驱动器具有分开沿着线缆传送到LVDS接收器的两个输出。在线缆的LVDS接收器端，线路通过端接电阻器连接在一起。电流回路始发于一个传送器输出，下至线缆线路，经由端接电阻器，返回线缆线路至另一个传送器输出。电流回路在端接电阻器两端产生电压降，并且LVDS接收器感测该电压降。

许多功率变换电路包括在紧容限下制造的复杂半导体电路。因此，这些嵌入的装置经受因过载导致的故障或失效。再有，由于半导体电路的复杂性，在一段时间之后，电路组件可能无法最优地实现性能。例如，线缆线路可能变得断开和/或失效，传送器可能失效或处于高阻抗输出状态；或端接电阻器可能失效。在低于最优性能的时间期间，电路内的输出线路都不驱动到端接电阻器，导致端接电阻器两端的电压下降到接近0。

除了组件故障外，噪声可能影响电路两端的电压降。噪声可能从多种噪声源耦合到线缆线路中。此噪声可能作为输入被接收到接收器中并被放大。接收器的输出可能在噪声被放大时振荡，并相应地触发错误的LVDS接收器逻辑。

为了防止电路故障所导致的问题或使其最小化，使用故障防护电路。已开发多种方法来解决与隔离功率变换器内故障的电装置关联的问题。一种解决方案产生短路检测的生产测试过程。但是，此解决方案无法解决开路故障检测信息异常。 

其他短路检测系统向现有系统添加附加硬件，使得此类检测系统成本过于高昂。还尝试过检测功率变换器中具有开路的电装置。一种解决方案使用弱电流源将LVDS路径拖向电源轨(supply rail)以生成故障信号来检测开路故障。但是，此解决方案仅允许同时测试最多两个电路信号。

发明内容

鉴于前文提到的缺点，存在不增加附件硬件的情况下在逆变器离线时快速执行的故障检测的需求。该解决方案还应该能够一次同时测试多于两个的开路。

在某些情况下，本发明的实施例提供允许精确地检测故障发生的系统和方法。更确切地来说，隔离特定故障装置或开路位置，能够实现快速地识别和即刻解决。识别和解决问题所需的时间缩短能够增加故障查找的快速性和准确性，从而最终减少变换器的停工时间。

在该实施例中，能够将特定故障电装置与系统内的其他电装置隔离。这种电装置识别和隔离通过经系统施以脉冲测试来进行。在正、负和中性位置对每个桥施以脉冲。该脉冲能够实现诊断信息在功率系统内快速运动。此外，该脉冲能够实现诊断信息的准确性。 

另一个优点在于能够在功率变换系统离线时执行短路和开路诊断测试。在系统离线时运行诊断测试是所需要，因为这样使测试能在非峰值使用时间期间进行。此外，离线运行测试使得测试能够以比在线执行测试的情况下所能达到的更低的电流和电压进行。 

在某些实施例中，在正、负和中性位置对每个桥施以脉冲测试。在这些实施例中，在系统离线时施以脉冲。当典型高功率变换系统在线时，电流约接近10安培，以及电压约接近10000伏特。当典型系统离线时，电流小于约1安培，以及电压约接近1000伏特。

另一个优点在于能够在不向功率系统添加附加硬件的情况下使用该系统和方法。现有技术需要向功率变换系统添加辅助硬件，如半导体，才能进行故障分析。需要附加硬件增加了功率系统的运行成本，并且未提供允许检测特定故障装置的附加优点。

在某些实施例中，这些系统和方法使用现有功率系统编程来安装用于故障检测分析的子程序。该子程序需要施以脉冲测试的简单化指令。由于其简单性，此子程序能够在主程序安装之前安装或基于临时目的来安装。

本发明的另一个特征和优点以及本发明的多种实施例结构和操作参考附图、在下文中予以详细描述。注意本发明不限于本文描述的特定实施例。本文给出此类实施例仅出于说明的目的。相关领域技术人员基于本文包含的教导将显见到额外实施例。