[发明专利]一种逆变器故障检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及逆变器故障检测领域，尤其涉及一种逆变器故障检测装置。

背景技术

目前，高频开关电源模块即高频开关电源大量应用于铁路系统，其功率密度高，模块化的特点已被广泛认同。高频开关电源模块的开发主要是基于逆变技术的发展。如图1所示，图1为全桥逆变器的拓扑结构图，图中S1、S2、S3和S4均表示开关元器件如晶体管与二极管并联的结构，V-BUS为母线，C0为母线电容，OUT_L为第一逆变桥输出端，OUT_N为第二逆变桥输出端，PGND为电源地。虽然桥式拓扑和PWM（脉冲宽度调制）逆变技术相对成熟，但为保护高频开关电源模块，往往需要对桥臂的互补情况进行检测即检测逆变器是否发生故障。

传统的逆变器故障检测方法有如下两种：（1）采用分流器检测逆变器故障。在图1中S1与S3之间和S2与S4之间均串联接入一个分流器，通过检测分流器两端的电压来判断逆变器的桥臂电流情况，进而判断逆变器是否发生故障。例如，在逆变器发生桥臂直通或过流时，分流器两端的电压将突然增大，此时说明逆变器发生了故障，系统将发出报警。但是，这种检测方法存在以下不足：一、由于逆变器故障时，流过分流器的电流非常大，分流器需要承受的功率太大；二、为了降低功耗，采用分流器的电阻一般较小，从而分流器两端的电压也就较小，但是小的电压易受到干扰；三、由于分流器串接在逆变器的桥臂中间，从而使得分流器两端的电压信号不能与控制地隔离。（2）采用电流互感器检测逆变器故障。在图1中S1与S3之间和S2与S4之间均串联接入一个电流互感器，电流互感器二次侧接入电阻形成电压信号，通过检测该电阻两端的电压信号来判断逆变器是否发生故障。与采用分流器检测逆变器故障的方法相比，通过电流互感器实现了控制电流与强电的隔离，而且使用电流传输方式，降低了干扰，但此方法也有一定的缺陷：一、电流互感器的电路特性比分流器复杂的多，实现过程复杂，而且成本高；二、当逆变器发生桥臂直通时，电流将从母线V-BUS的正极直接流入负极，此时的电流不是高频电流，而是直流电流，为了使电流互感器能够正常工作，则电流互感中的磁性元件就要求非常大，这么大的磁性元件将很大程度上增加逆变器的主回路面积，由此会引发一系列的问题，例如逆变器的损耗增大、毛刺增大及逆变器电压的总谐波失真（THD）高等问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种逆变器故障检测装置,其能够迅速检测出逆变器是否发生故障，且结构简单，成本低。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种逆变器故障检测装置，包括：脉冲信号检测单元、隔离单元、电平信号调整单元及控制器；

所述脉冲信号检测单元与逆变器的输出端连接，用于检测逆变器的输出端有无高压脉冲信号，并将检测结果输入隔离单元；

所述隔离单元与脉冲信号检测单元和模拟地连接，用于将电平信号调整单元与逆变器隔离，并将所述检测结果传入电平信号调整单元；

所述电平信号调整单元与隔离单元连接，用于根据所述检测结果调整反映逆变器桥臂信息的电平信息，并将所述电平信息反馈给控制器；

所述控制器与电平信号调整单元连接，用于根据传入的电平信息判断逆变器是否发生故障。

特别地，所述脉冲信号检测单元包括：第一电容、第一二极管、第二二极管、第二电容、第一电阻、第二电阻及第三电阻；

其中，第二电阻串接在逆变器的第一逆变桥输出端和第一电容之间，第一电容的一端与第二电阻的一端连接，另一端与第一二极管的一端和第二二极管的一端连接，第三电阻的一端与第一电阻的一端连接，另一端与第二电容的一端和第一二极管的一端连接，第一电阻的另一端与第二电容的另一端、第二二极管的另一端以及逆变器的第二逆变桥输出端连接。

特别地，所述电平信号调整单元包括：

上拉电路，与隔离单元和故障信号给定端连接，用于在脉冲信号检测单元检测出逆变器的输出端没有高压脉冲信号时，将故障信号给定端的电平拉高为高电平；

故障信号给定端，与隔离单元和控制器连接，用于将其自身的电平信息输入控制器。

特别地，所述上拉电路包括上拉电压输入端和上拉电阻，其中，所述上拉电阻的一端与上拉电压输入端连接，另一端与隔离单元和故障信号给定端连接。