[发明专利]一种Boost变换器功率开关管与二极管统一监测方法

说明书

本发明公开了一种Boost变换器功率开关管与二极管统一监测方法，该方法步骤为：采样功率开关管栅极电压获得其一个开关周期的波形；截取一个开关周期的栅极电压波形中功率开关管开通过程的波形；对截取的波形进行微分变换；根据微分变换前后的波形提取功率开关管的阈值电压；将截取的波形高通滤波后进行傅里叶变换；根据傅里叶变换得出的峰值点提取开通振铃频率；根据提取的阈值电压以及振铃频率分别对功率开关管与二极管进行健康检测。采用本发明提供的方法，基于统一检测点可以同时在线精确地监测Boost变换器功率开关管的阈值电压值与二极管的结电容值，为开关管与二极管的健康监测提供依据。

技术领域

本发明属于电能变换装置中的监测技术领域，特别是一种电力电子变换器功率开关管与二极管统一监测方法。

背景技术

系统故障预测与健康管理(Prognostics andHealth Management,PHM)是一种全面故障检测、隔离和预测及健康管理技术。通过监测系统的故障特征参数，借助各种推理算法来估计系统自身的健康状况，在系统故障发生前对其故障能尽早监测且能有效预测，准确定位退化或故障部位，并结合各种信息资源给出维修计划，从而实现系统的视情维修和自主式保障，对降低维护费用、保障系统的可靠性与安全性、提高战备完好率和任务成功率具有十分重要的意义。PHM主要包括故障预测及健康管理两大部分，其中故障预测是实现系统健康管理的基础。

电力电子技术的应用可大大提高电能变换装置功率密度，减小体积和重量。随着多电和全电飞机的发展，飞机用电量不断增加，机载电力电子设备越来越多，因此对机载电力电子变换装置的可靠性、可维护性及可测试性提出了更高的要求，电力电子系统的PHM的重要性也随之提高。

根据故障性质不同，电力电子变换电路的故障主要可分为结构性故障和参数性故障。结构性故障指电路器件出现短路、断路而导致电路拓扑发生变化的故障。参数性故障指由于电力电子系统的器件参数退化而导致的软故障。参数性故障通常不会立即使系统瘫痪，但是会引起输出特性的改变，使系统的工作性能和可靠性降低；若能及时预测参数性故障，则可以避免演变为更为恶劣的系统结构性故障以及结构性故障导致的更严重的影响，大大提高系统可靠性。因此实现故障预测的关键是特征参数的准确提取。

功率开关管与二极管是电力电子变换电路的重要组成部分，也是故障率较高的部分。阈值电压变化与结电容变化分别是功率开关管与二极管衰退的重要特征之一，结电容的变化会直接导致开关振铃频率的变化。由于开关管门极信号频率较高，在电力电子电路中难以提取阈值电压，因而阈值电压的在线提取方法鲜见报道，而对于基于统一检测点的功率开关管与二极管的健康监测方法未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种Boost变换器功率开关管与二极管统一监测方法，能够同时在线监测功率开关管的阈值电压与二极管的结电容，对功率开关管与二极管的健康状态进行监测，从而为对电力电子电路进行故障预测提供研究基础。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种Boost变换器功率开关管与二极管统一监测方法，包括以下步骤：

步骤A)，采样一个开关周期的功率开关管栅极电压波形V_{g_gnd}(1,…,n)；

步骤B)，从步骤A)采集得到的功率开关管栅极电压波形V_{g_gnd}(1,…,n)中截取功率开关管开通过程的波形V_{g_gnd}(i,…,j)；

步骤C)，对步骤B)截取得到的波形V_{g_gnd}(i,…,j)进行微分变换得到微分变换后波形V'(i+1,…j-1)；

步骤D)，根据波形V_{g_gnd}(i,…,j)和微分变换后波形V'(i+1,…j-1)提取功率开关管的阈值电压V_th；