1.一种双有源桥DC‑DC变换器的开路故障诊断方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:根据系统驱动脉冲信号及一次侧电感电流的极性计算双有源桥DC‑DC变换器两个H桥的开关函数:
定义双有源桥DC‑DC变换器一次侧H桥模块的左桥臂为a桥臂,右桥臂为b桥臂,二次侧H桥模块的左桥臂为c桥臂,右桥臂为d桥臂;对于一次侧H桥,a桥臂上方开关管T1,a桥臂下方开关管T2,b桥臂上方开关管T3,b桥臂下方开关管T4,D1~D4分别为各开关管的反并联二极管;对于二次侧H桥,c桥臂上方开关管T5,c桥臂下方开关管T6,d桥臂上方开关管T7,d桥臂下方开关管T8,D5~D8分别为各开关管的反并联二极管;利用双有源桥DC‑DC变换器的开关管控制信号s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7、s8以及一次侧电感电流iL的极性计算一次侧和二次侧的开关函数;控制脉冲s1~s8有1、0两个取值,1表示导通信号,0表示关断信号;定义Sa、Sb、Sc、Sd分别为a、b、c、d桥臂的开关函数,每个H桥的开关函数有1、0、‑1三个取值;考虑中频变压器的励磁阻抗远大于系统一二次侧阻抗的条件下,一次侧电感电流与二次侧电流近似相等;
为此,定义流出一次侧H桥或流入二次侧H桥的电流方向为参考正方向,开关函数计算方法如下:
首先,定义桥臂开关函数Sa、Sb、Sc、Sd分别为定义逻辑变量γ描述电感电流极性变化:用Sab和Scd分别表示一次侧和二次侧H桥的开关函数:Sab=Sa‑Sb;Scd=Sc‑Sd根据开关状态表得到正常工作情况下系统一二次侧开关函数的计算方法:其中, 为γ取逻辑非, 为s2取逻辑非, 为s4取逻辑非, 为s6取逻辑非, 为s8取逻辑非;
步骤2:根据步骤1所得开关函数,计算双有源桥DC‑DC变换器电感电流状态估计模型:根据双有源桥DC‑DC变换器电路拓扑及工作原理,得到一二次侧桥臂间电压的计算表达式:
Uab=SabUin;Ucd=ScdUo其中,Uab是一次侧a桥臂与b桥臂的中性点间电压,Ucd是二次侧c桥臂与d桥臂的中性点间电压,Uin是一次侧输入电压,Uo是二次侧输出电压;基于双有源桥DC‑DC变换器的等效电路,忽略励磁电阻Rm和励磁电感Lm,考虑中频变压器的一二次侧漏阻抗和辅助电感,得到系统等效电感和等效电阻,并且一次侧和二次侧的电流近似相等:其中Lr为一次侧辅助电感,Lp为变压器一次侧漏电感,L′s为折算到一次侧的二次侧漏电感,Rp为变压器一次侧漏电阻,R′s为折算到一次侧的二次侧漏电阻,iLp和i′Ls分别为一次侧电流和折算后的二次侧电流;基于该等式,获得电路的等效电感值L,电路的等效电阻值Re,并且一次侧电流和折算后二次侧的电流近似相等;
进一步建立电感电流的状态估计模型:其中,n为一次侧与二次侧的匝数比率;
步骤3:获取电感电流残差;系统电感电流测量值减去估计值 即可获得电感电流残差:步骤4:建立故障诊断算法,实现对一次侧和二次侧功率模块开路故障的准确定位:根据故障下的桥臂间电压特征,选择一次侧桥臂间电压为区分故障侧的检测变量,并结合电感电流残差进行故障定位;对两个检测变量归一化处理:ki=|ri|/|iL|av,ku=|Uab|/Uin其中,ki表示电流检测变量,ku表示电压检测变量;根据故障分析,一次侧的桥臂间电压与一次侧对角开关对的驱动信号直接相关;定义一个检测变量k:其中,Tu表示电压故障阈值;
定义逻辑变量C来检测一次侧的故障,其中C11表示T1或T4故障,C12表示T2或T3故障:C=C11||C12
其中, 为s1取逻辑非, 为s3取逻辑非,为k取逻辑非;
如果C等于1,则锁存C、C11和C12的值,否则将电流检测变量与电流故障阈值比较:其中,Ti表示电流故障阈值;如果D大于阈值并持续3个控制周期,则可判断双有源桥DC‑DC变换器的二次侧发生了开路故障,并锁存电感电流iL的值;
通过锁存的C11大小和iL的极性选择注入的特定驱动脉冲信号;在注入信号后延时2个控制周期,提取电流残差的变化趋势:根据G的大小,判断是否保持3个控制周期不变,定位出具体的故障开关管;由于不同开关管的故障特征在特定脉冲注入后变化趋势不同,不同开关管之间的诊断变量不会相互影响,由此实现快速直接地定位双有源桥DC‑DC变换器一次侧和二次侧的故障开关管。