[发明专利]一种Buck变换器多元件健康监测方法及系统

说明书

本发明公开了一种Buck变换器多元件健康监测方法及系统，该方法统一的采样信号为：二极管两端电压v_M、电感电流i_Lf、输出电压v_o。该方法步骤为：1.根据v_M辨识出输入电压V_in、开通振铃频率f_on、关断振铃频率f_off，结合提取出的V_in与f_on评估二极管健康状况，结合提取出的V_in与f_off评估MOS管健康状况；2.根据v_M、i_Lf与v_o辨识出滤波电感感值L_f以及滤波电感等效串联电阻R_Lf，结合辨识出的L_f与R_Lf评估滤波电感的健康状况；3.根据i_Lf与v_o辨识出滤波电容值C_f以及滤波电容等效串联电阻R_Cf，结合辨识出的C_f与R_Cf评估滤波电容的健康状况。本发明不影响变换器的正常工作，为功率开关管、滤波电感以及滤波电容寿命预测提供依据。

技术领域

本发明涉及电能变换装置中的监测技术领域，尤其涉及一种Buck变换器多元件健康监测方法及系统。

背景技术

系统故障预测与健康管理(Prognostics and Health 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。

故障预测与健康管理(PHM)的概念于上世纪九十年代由美国提出，经过多年的研究，飞机发动机、直升机旋翼及其传动等机械结构系统的PHM技术已经比较成熟，各国相继开发了相应的PHM系统，并已广泛应用于大、中型民用和军用飞机中。由于失效机理不同，相比于机械系统，电子系统故障预测难度更大，受机械系统尤其是发动机系统PHM方面取得显著进展的鼓舞，为了实现电子设备的故障预测功能，美国国防工业协会在2004年组织召开了第一次电子预测专题研讨会。目前电子设备的PHM研究已取得了一些成果，部分技术已经商业化。根据现有资料，电子电路故障预测方法可分为以下三类：基于性能特征参数监测的寿命预测、基于物理失效模型(Physics of Failure，PoF)的实时剩余寿命预测以及基于内建“故障标尺”的健康管理。

随着电力电子装置在各领域的应用愈发广泛，急需研究电力电子装置的PHM技术。电力电子变换系统一般由主功率电路、控制电路两大部分组成。由于电力电子主电路工作在高频、高功率的强非线性工作方式，器件性能退化速度远远高于控制电路，主电路故障率远远高于控制电路部分，而后者属于电子电路，其PHM已有较多的研究成果，因此研究电力电子主电路的PHM技术就显得十分重要。电力电子主电路器件内部工作机理与相应的电子器件类似，理论上其故障预测方法可以借鉴电子电路，但是由于主电路器件处理功率大，应力大，寿命远低于电子器件，且受环境应力等影响关系复杂，功率管精确的实效模型短期内难以获得，比较上述三种电子电路的预测方法，基于性能特征参数监测的预测方法相对更适用于主电路的故障预测。因此，有必要研究电力电子主电路的特征参数提取方法。

有文献给出了电力电子主电路电解电容、MOSFET、电感、二极管的失效率，指出25℃下电解电容失效率最高为60％，其次是MOSFET为31％，电感为6％、二极管为3％。由于电解电容和开关管失效率明显高于其它器件，目前国内外针对主电路器件的故障预测研究多集中在这两种器件上。然而，当前的研究多是单独针对开关管或电解电容的研究，针对多元件(开关管、电解电容、电感)的故障特征参数统一提取方法还未见报道。

发明内容