一種igbt驅動故障檢測及診斷方法
【專利摘要】本發明涉及一種IGBT驅動故障檢測及診斷方法，IGBT驅動板產生故障，將故障信號傳送給控制系統的主動單元；主動單元實時監測故障信號，當檢測到IGBT驅動板發出的故障信號后，主動單元采集IGBT驅動板輸出的故障信號，根據故障信號的表象進行分析和邏輯判斷，輸出保護控制信號；控制系統的通訊裝置將主動單元輸出的保護控制信號傳輸的其他相關系統；提示裝置接收通訊裝置輸出的保護控制信號，直觀表示故障解決方案；操作人員根據故障原因進行相應操作；故障排除后，控制系統重新上電，主動單元重新開始監測故障信號。本發明縮短了故障排查時間，提高了設備運行的穩定性達到良好的運行性能。
【專利說明】一種IGBT驅動故障檢測及診斷方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于變流器控制【技術領域】，更為具體地講，涉及一種以IGBT為變換單元的驅動故障檢測及診斷方法。
【背景技術】
[0002]變流器的應用領域越來越廣泛，而其功率變換器件多以IGBT為主。然而，目前仍有諸多技術瓶頸制約著變流器的產業化和商業化發展，其中IGBT驅動技術是制約變流器發展的突出因素之一，IGBT驅動模塊的安全、穩定運行是影響變流器整體性能最關鍵的因素，但由于應用需要，變流器一般工作在高電壓、大電流狀態，瞬間的狀態突變引起的故障如果未能及時發現或判斷而進行保護處理，則會引起嚴重故障，危及設備安全。
[0003]經過分析，傳統的IGBT驅動故障檢測及診斷方法是以驅動故障輸出信號觸發主控單元中斷，進入設備停機流程。然而，對驅動故障不加以分析和判斷而貿然停機，則會減少設備的運行時間，進而影響設備的經濟效益，而直接停機也并非最佳處理方式，嚴重時也會對設備造成損害，而且，對故障原因不加以分析判斷也會增加后期維護排查難度，延長分析排查時間，間接影響設備的經濟效益。
[0004]為解決此問題，本申請提出了一種檢測方法，該方法針對在IGBT驅動領域應用最廣的基于CONCEPT公司2SC0435T驅動核的驅動控制系統，使用主動單元(MCU(微處理單元)或主動電路)對采集到的故障信號快速的進行處理和邏輯判斷，采用電氣隔離的方式輸出檢測結果，一方面通過主動單元內部預設的保護邏輯進行甄別和控制，根據故障信號的級別采取不同保護措施，另一方面直觀方便的提示操作人員。該方法能準確可靠的檢測IGBT的驅動故障，根據故障現象迅速做出分析判斷，得出故障原因，并采取正確有效措施保護故障設備，有效降低了故障對設備的危害，并且大大縮短了故障原因排查時間。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服現有方法的缺點，提供一種IGBT驅動故障檢測與診斷方法，通過該方法對驅動板的故障信號進行檢測，并根據故障現象對故障的原因進行分析，縮短故障排查時間，提高設備運行的穩定性達到良好的運行性能。
[0006]為實現上述目的，本發明技術方案如下:
一種IGBT驅動故障檢測與診斷方法，包括控制系統，其特征在于:所述控制系統包括主動單元、通訊裝置，其步驟包括:
a、IGBT驅動板產生故障，在預設定的保持時間內不再響應控制系統發送的驅動控制信號，并將故障信號傳送給控制系統的主動單元；
b、控制系統的主動單元實時監測故障信號，當檢測到IGBT驅動板發出的故障信號后，在預設定的保持時間內，控制系統停止發送的驅動控制信號，主動單元采集IGBT驅動板輸出的故障信號，根據故障信號的表象進行分析和邏輯判斷，輸出保護控制信號；
C、控制系統的通訊裝置將主動單元輸出的保護控制信號傳輸的其他相關系統； d、提示裝置接收通訊裝置輸出的保護控制信號，直觀表示故障解決方案；
e、操作人員根據故障原因進行相應操作，斷電檢修；
f、故障排除后，控制系統重新上電，主動單元重新開始監測故障信號。
[0007]進一步的，所述故障信號包括:在IGBT上下橋臂發生短路情況下輸出的IGBT短路故障，在驅動板供電電源低于正常工作電壓范圍情況下輸出的驅動板供電電源欠壓故障，在驅動板輸出電源低于正常工作電壓范圍情況下輸出的驅動板輸出電源欠壓故障以及在驅動板輸出信號錯誤的情況下輸出的驅動板信號輸出故障；每一 IGBT橋臂對應一路故障信號。
[0008]進一步的，步驟b中所述信號分析和邏輯判斷是指檢測故障信號所對應的IGBT橋臂，同時對故障信號電平的保持時間進行計數，將計數結果與預設定的保持時間進行對比，根據對比結果和故障信號出現的橋臂，對故障信號表象進行狀態組合，主動單元根據不同的組合狀態進行判斷，即:
若故障信號同時出現在IGBT同一橋臂的上下橋臂，且故障信號電平保持時間在配置保持時間的±20%以內，則表示IGBT在工作中出現了短路，為故障類型1，即IGBT短路故障;
若故障信號單一的出現在IGBT某一橋臂的上橋臂或下橋臂,且故障信號電平保持時間在配置保持時間的±20%以內，則表示驅動板輸出電源出現了欠壓情況，為故障類型2，即驅動板輸出電源欠壓故障；
若故障信號出現在IGBT的全部橋臂，且故障信號電平保持時間小于配置保持時間的1%，，則表示驅動板輸入電源出現了欠壓情況，為故障類型3，即驅動板供電電源欠壓故障；若故障信號出現在IGBT某一或幾個橋臂的上橋臂或下橋臂，且故障信號電平保持時間小于配置保持時間的1%，則表示驅動板輸出信號受到了干擾，為故障類型4，即驅動板信號輸出故障。
[0009]進一步的，當發現IGBT短路故障時，控制系統停止發送驅動信號，并通知其它相關系統停止功率變換工作，發出措施I解決方案信息:第一，檢查驅動板開通電阻和關斷電阻是否過小；第二，檢查驅動信號是否同時開通；第三，IGBT上下橋臂是否發生短路；
當發現驅動板輸出電源欠壓故障時，控制系統停止發送驅動信號，發出措施2解決方案信息:第一，檢查有源鉗位回路中是否有雙向TVS管；第二，增加輸出電源的支撐電容容量；第三，降低開關頻率；
當發現驅動板供電電源欠壓故障時，控制系統停止發送驅動信號，發出措施3解決方案信息:第一，檢查驅動板輸出電源是否有短路；第二，增加驅動板供電電源的支撐電容容量；第三,增加驅動板供電電源的功率；
當發現驅動板信號輸出故障時，控制系統正常發送驅動信號，若連續多次發生，則發出措施4解決方案信息:第一，檢查故障輸出電路配置是否正確；第二，檢查輸出電纜是否過長；第三，檢查輸出電路是否遠離直流/交流母排。
[0010]進一步的,所述主動單元是MCU或主動電路。
[0011]進一步的，所述IGBT驅動板基于2SC0435T驅動核。
[0012]進一步的，所述通訊裝置采用電氣隔離的方式與其他相關系統連接。
[0013]進一步的，所述提示裝置安裝于控制系統設備外殼，并采用燈光顏色、閃爍等直觀手段表示故障原因。
[0014]本發明的有益效果如下:
1.本發明基于2SC0435T驅動核的工作原理,實時檢測驅動板的故障輸出信號,根據故障輸出信號的不同表象，判斷故障發生的原因，改變了驅動故障原因不可知的情況，將原因通過直觀的方式表現出來；
2.根據故障原因針對性的提出了保護措施，更加及時有效的保護設備，提高了設備的安全性；
3.根據故障原因針對性的提出了解決方案，更加準確的指明了故障原因的排查方向，縮短了后期原因的排查時間；
4.將因干擾引起的假故障與設備運行的真故障區別開來，減少了因誤判斷而停機的次數，提高了設備的運行效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1本發明的檢測電路示意圖。
[0016]圖2為本發明的邏輯判斷流程圖。
【具體實施方式】
[0017]如圖1所示，在10kW功率等級電機驅動控制器中以3只富士兩單元封裝型號2MBI900VXA-120-50的IGBT為功率變換單元組建三相全橋逆變電路，該IGBT模塊驅動板核心為2SC0435T驅動核，每塊驅動板驅動兩個單元的IGBT，每個IGBT單元在驅動板上對應一路故障信號(故障信號為低電平有效)，即逆變電路中有6路故障信號與DSP芯片相連，對應于逆變電路中6個IGBT單元的故障狀態。通訊裝置采用CAN通訊方式與整車控制器相連，采用并行通訊的方式與控制系統設備外殼的提示燈相連，CAN通訊和并行通訊均采用電氣隔離的方式，隔離電壓2000V。
[0018]如圖1所示，其他系統為整車控制器，控制與控制系統相連的其他設備；提示裝置為控制器外殼上的兩顆LED，顏色一顆紅色，一顆黃色，無故障的情況下全部熄滅。
[0019]如圖1所示，設定故障信號保持時間為30ms，DSP采集故障信號并對其進行時間計數，將故障信號時間長度T與30ms (預設的故障信號保持時間)對比，結合故障發生的橋臂，對故障發生的表象進行狀態組合。
[0020]如圖2所示，根據故障信號的組合狀態判斷故障原因并采取相應措施:
當T在30±6ms以內，且故障信號同時出現在IGBT同一橋臂的上下橋臂，則表示IGBT在工作中出現了短路，進入故障I處理流程，控制系統停止發送驅動信號，通過CAN總線請求整車控制器斷開電力供給，同時向控制器外殼上的提示裝置輸出IGBT短路故障，提示裝置紅色LED和黃色LED同時亮起，提示解決方案:第一，檢查驅動板開通電阻和關斷電阻是否過小；第二，檢查驅動信號是否同時開通；第三，IGBT上下橋臂是否發生短路；
當T在30±6ms以內，且故障信號單一的出現在IGBT某一橋臂的上橋臂或下橋臂，則表示驅動板輸出電源出現了欠壓情況，進入故障2處理流程，控制系統停止發送驅動信號，控制系統向控制器外殼上的提示裝置輸出電源欠壓故障，提示裝置紅色LED亮起，黃色LED熄滅，提示解決方案:第一，檢查有源鉗位回路中是否有雙向TVS管；第二，增加輸出電源的支撐電容容量；第三，降低開關頻率；
當T < 3ms，且故障信號出現在IGBT的全部橋臂，則表示驅動板輸入電源出現了欠壓情況，進入故障3處理流程，控制系統停止發送驅動信號，向控制器外殼上的提示裝置輸出驅動板供電電源欠壓故障，提示裝置紅色LED閃爍，閃爍時間間隔為ls，黃色LED熄滅，提示解決方案:第一，檢查驅動板輸出電源是否有短路；第二，增加驅動板供電電源的支撐電容容量；第三,增加驅動板供電電源的功率；
當T < 3ms，且故障信號出現在IGBT某一或幾個橋臂的上橋臂或下橋臂，并在一分鐘內發生10次以上，則表示驅動板輸出信號受到了干擾，進入故障4處理流程，控制系統向控制器外殼上的提示裝置輸出驅動板信號輸出故障，提示裝置紅色LED熄滅，黃色LED亮起，提示解決方案:第一，檢查故障輸出電路配置是否正確；第二，檢查輸出電纜是否過長；第三，檢查輸出電路是否遠離直流/交流母排。
[0021] 對于【具體實施方式】的理解的描述僅僅是為幫助理解本發明，而不是用來限制本發明的。本領域技術人員均可以利用本發明的思想進行一些改動和變化，只要其技術手段沒有脫離本發明的思想和要點，仍然在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種IGBT驅動故障檢測與診斷方法，包括控制系統，其特征在于:所述控制系統包括主動單元、通訊裝置，其步驟包括: a、IGBT驅動板產生故障，在預設定的保持時間內不再響應控制系統發送的驅動控制信號，并將故障信號傳送給控制系統的主動單元； b、控制系統的主動單元實時監測故障信號，當檢測到IGBT驅動板發出的故障信號后，在預設定的保持時間內，控制系統停止發送的驅動控制信號，主動單元采集IGBT驅動板輸出的故障信號，根據故障信號的表象進行分析和邏輯判斷，輸出保護控制信號； C、控制系統的通訊裝置將主動單元輸出的保護控制信號傳輸的其他相關系統； d、提示裝置接收通訊裝置輸出的保護控制信號，直觀表示故障解決方案； e、操作人員根據故障原因進行相應操作，斷電檢修； f、故障排除后，控制系統重新上電，主動單元重新開始監測故障信號。
2.根據權利要求1所述的一種IGBT驅動故障檢測與診斷方法，其特征在于:所述故障信號包括:在IGBT上下橋臂發生短路情況下輸出的IGBT短路故障，在驅動板供電電源低于正常工作電壓范圍情況下輸出的驅動板供電電源欠壓故障，在驅動板輸出電源低于正常工作電壓范圍情況下輸出的驅動板輸出電源欠壓故障以及在驅動板輸出信號錯誤的情況下輸出的驅動板信號輸出故障；每一 IGBT橋臂對應一路故障信號。
3.根據權利要求2所述的一種IGBT驅動故障檢測與診斷方法，其特征在于:步驟b中所述信號分析和邏輯判斷是指檢測故障信號所對應的IGBT橋臂，同時對故障信號電平的保持時間進行計數，將計數結果與預設定的保持時間進行對比，根據對比結果和故障信號出現的橋臂，對故障信號表象進行狀態組合，主動單元根據不同的組合狀態進行判斷，即: 若故障信號同時出現在IGBT同一橋臂的上下橋臂，且故障信號電平保持時間在配置保持時間的±20%以內，則表示IGBT在工作中出現了短路，為故障類型1，即IGBT短路故障; 若故障信號單一的出現在IGBT某一橋臂的上橋臂或下橋臂,且故障信號電平保持時間在配置保持時間的±20%以內，則表示驅動板輸出電源出現了欠壓情況，為故障類型2，即驅動板輸出電源欠壓故障； 若故障信號出現在IGBT的全部橋臂，且故障信號電平保持時間小于配置保持時間的1%，，則表示驅動板輸入電源出現了欠壓情況，為故障類型3，即驅動板供電電源欠壓故障； 若故障信號出現在IGBT某一或幾個橋臂的上橋臂或下橋臂，且故障信號電平保持時間小于配置保持時間的1%，則表示驅動板輸出信號受到了干擾，為故障類型4，即驅動板信號輸出故障。
4.根據權利要求1-3所述任一一種IGBT驅動故障檢測與診斷方法，其特征在于: 當發現IGBT短路故障時，控制系統停止發送驅動信號，并通知其它相關系統停止功率變換工作，發出措施I解決方案信息:第一，檢查驅動板開通電阻和關斷電阻是否過小;第二，檢查驅動信號是否同時開通；第三，IGBT上下橋臂是否發生短路； 當發現驅動板輸出電源欠壓故障時，控制系統停止發送驅動信號，發出措施2解決方案信息:第一，檢查有源鉗位回路中是否有雙向TVS管；第二，增加輸出電源的支撐電容容量；第三，降低開關頻率； 當發現驅動板供電電源欠壓故障時，控制系統停止發送驅動信號，發出措施3解決方案信息:第一，檢查驅動板輸出電源是否有短路；第二，增加驅動板供電電源的支撐電容容量；第三,增加驅動板供電電源的功率； 當發現驅動板信號輸出故障時，控制系統正常發送驅動信號，若連續多次發生，則發出措施4解決方案信息:第一，檢查故障輸出電路配置是否正確；第二，檢查輸出電纜是否過長；第三，檢查輸出電路是否遠離直流/交流母排。
5.根據權利要求1-3所述任一一種IGBT驅動故障檢測與診斷方法，其特征在于:所述主動單元是MCU或主動電路。
6.根據權利要求1-3所述任一一種IGBT驅動故障檢測與診斷方法，其特征在于:所述IGBT驅動板基于2SC0435T驅動核。
7.根據權利要求1-3所述任一一種IGBT驅動故障檢測與診斷方法，其特征在于:所述通訊裝置采用電氣隔離的方式與其他相關系統連接。
8.根據權利要求1-3所述任一一種IGBT驅動故障檢測與診斷方法，其特征在于:所述提示裝置安裝于控制系統設備外殼，并采用燈光顏色、閃爍等直觀手段表示故障原因。
【文檔編號】G01R31/00GK104133131SQ201410346669
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月21日 優先權日:2014年7月21日
【發明者】任亞輝, 伍澤東, 袁煬 申請人:中國東方電氣集團有限公司
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