CN104749472A - 多开关管并联故障检测方法、检测电路以及直流变换电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种多开关管并联故障检测方法、检测电路以及直流变换电路，其中该方法包括：针对直流变换电路中的各路待测单元逐一进行故障检测，所述每一路待测单元由开关管并联结构中的一路开关管及所述开关管的驱动电路组成；其中，针对每一路待测单元的故障检测方法，均包括：控制一路待测单元中的驱动电路向开关管发驱动信号，其余几路待测单元中的开关管的驱动信号保持关闭；获取所述直流变换电路的输出电压；以及判断所述直流变换电路的输出电压是否达到预设电压，并保存判断结果，以避免直流变换电路中并联的开关管因电流应力超标而损坏。

Description

多开关管并联故障检测方法、检测电路以及直流变换电路

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及多开关管并联故障检测方法、检测电路以及直流变换电路。

背景技术

通常，直流变换电路中仅采用一个开关管的话不利于提高直流变换电路的过流或散热能力，因此将其设计为多个开关管并联的结构，然而当开关管并联结构中的一路或几路开关管出现损坏或驱动异常而无法工作时，其余几路开关管必然要承受较大的电流，长时间运行将导致其电流应力超标而损坏。

发明内容

有鉴于此，本发明提供多开关管并联故障检测方法、检测电路以及直流变换电路，以避免直流变换电路中并联的开关管因电流应力超标而损坏。

一种多开关管并联故障检测方法，其特征在于，包括：针对直流变换电路中的各路待测单元逐一进行故障检测，所述每一路待测单元由开关管并联结构中的一路开关管及所述开关管的驱动电路组成；

其中，针对每一路待测单元的故障检测方法，均包括：

控制一路待测单元中的驱动电路向开关管发驱动信号，其余几路待测单元中的开关管的驱动信号保持关闭；

获取所述直流变换电路的输出电压；

判断所述直流变换电路的输出电压是否达到预设电压，并保存判断结果。

其中，所述预设电压为在保持输入电压不变的情况下，对所述直流变换电路正常工作时的输出电压进行采样得到。

一种多开关管并联故障检测电路，包括：

采样电路，用于采样直流变换电路的输出电压；

与所述采样电路相连的主控单元，用于针对直流变换电路中的各路待测单元逐一进行故障检测，所述每一路待测单元由开关管并联结构中的一路开关管及所述开关管的驱动电路组成；其中，针对每一路待测单元的故障检测方法，均包括：控制一路待测单元中的驱动电路向开关管发驱动信号，其余几路待测单元中的开关管的驱动信号保持关闭；获取所述采样电路的电压采样值；以及判断所述电压采样值是否达到预设电压，并保存判断结果。

一种直流变换电路，包括：主电路和上述多开关管并联故障检测电路。

其中，所述主电路为Boost电路。

其中，所述Boost电路包括电感、开关管并联结构、二极管和电容，其中：

所述开关管并联结构包括多个并联的开关管；

所述开关管并联结构的电能输入端经所述电感接直流源的正极，其电能输出端接所述直流源的负极；所述二极管和所述电容串联后再与所述开关管并联结构并联。

其中，所述Boost电路包括电感、开关管并联结构、同步整流结构和电容，其中：

所述开关管并联结构的电能输入端经所述电感接直流源的正极，其电能输出端接所述直流源的负极；所述同步整流结构和所述电容串联后再与所述开关管并联结构并联；

所述同步整流结构包括多个并联的开关管；所述开关管并联结构包括多个并联的开关管。

其中，所述主电路为Buck电路。

其中，所述Buck电路包括电感、开关管并联结构、二极管和电容，其中：

所述开关管并联结构包括多个并联的开关管；

所述开关管并联结构与所述二极管串联后再与直流源并联；所述电感和所述电容串联后再与所述二极管并联。

其中，所述Buck电路包括电感、开关管并联结构、同步整流结构和电容，其中：

所述开关管并联结构与所述同步整流结构串联后再与直流源并联；所述电感和所述电容串联后再与所述同步整流结构并联；

所述同步整流结构包括多个并联的开关管；所述开关管并联结构包括多个并联的开关管。

从上述的技术方案可以看出，本发明对开关管并联结构中的各路开关管及其驱动电路逐一进行故障检测，检测方法为：在某一路开关管给驱动、其余几路开关管不给驱动的情况下，若直流变换电路的输出电压未达到预设值，则说明给驱动的这一路开关管或该开关管的驱动电路存在故障。那么，在对全部开关管及其驱动电路的故障排查工作结束后，及时对有故障的开关管及其驱动电路进行相关处理，即可避免直流变换电路中并联的开关管因电流应力超标而损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种针对每一路待测单元的故障检测方法流程图；

图2为现有技术公开的一种采用双开关管并联结构的Boost电路结构示意图；

图3为本发明实施例公开的一种应用于所述Boost电路的多开关管并联故障检测方法流程图；

图4为本发明实施例公开的一种多开关管并联故障检测电路结构示意图；

图5为本发明实施例公开的一种Boost电路结构示意图；

图6为本发明实施例公开的又一种Boost电路结构示意图；

图7为本发明实施例公开的一种Buck电路结构示意图；

图8为本发明实施例公开的又一种Buck电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种多开关管并联故障检测方法，以避免直流变换电路中并联的开关管因电流应力超标而损坏，包括：针对直流变换电路中的各路待测单元逐一进行故障检测，所述每一路待测单元由开关管并联结构中的一路开关管及所述开关管的驱动电路组成；

其中，参见图1，针对每一路待测单元的故障检测方法，均包括：

步骤101：控制一路待测单元中的驱动电路向开关管发驱动信号，其余几路待测单元中的开关管的驱动信号保持关闭；

步骤102：获取所述直流变换电路的输出电压；

步骤103：判断所述直流变换电路的输出电压是否达到预设电压，并保存判断结果。针对所述判断结果，若所述直流变换电路的输出电压达到预设电压，说明当前检测的这一路待测单元中的开关管及其驱动电路均未发生故障；否则，说明当前检测的这一路开关管存在管子损坏或者硬件驱动故障的问题。

本实施例对开关管并联结构中的各路开关管及其驱动电路逐一进行故障检测，检测方法为：在某一路开关管给驱动、其余几路开关管不给驱动的情况下，若直流变换电路的输出电压未达到预设值，则说明给驱动的这一路开关管或该开关管的驱动电路存在故障。那么，在对全部开关管及其驱动电路的故障排查工作结束后，及时对有故障的开关管及其驱动电路进行相关处理，即可避免直流变换电路中并联的开关管因电流应力超标而损坏。

举例说明：按升降压功能的不同，直流变换电路可分为Boost电路、Buck电路和Buck-Boost电路等。以图2给出的一种采用双开关管并联结构的Boost电路为例，对于由开关管G1和G2构成的开关管并联结构，对应的多开关管并联故障检测方法如图3所示，包括：

步骤301：向开关管G1发出驱动信号D1，开关管G2的驱动信号保持关闭；

步骤302：获取所述Boost电路的输出电压Vout1；

步骤303：判断Vout1是否达到预设电压，并保存判断结果；

步骤304：关闭开关管G1的驱动信号，当Boost电路的输出电压回落到等于输入电压时，向开关管G2发出驱动信号D2；

步骤305：获取所述Boost电路的输出电压Vout2；

步骤306：判断Vout2是否达到预设电压，并保存判断结果。

当Boost电路工作时的输入电压为Vin0，令其输出电压Vout0＝Vin0+Vset，Vset为Boost电路的升压值。那么在保持输入电压Vin0不变的情况下，任何一路开关管给驱动、其余开关管不给驱动时，所述Boost电路的输出电压都应能满足大于或等于Vout0。因此，以大于或等于Vout0的电压值作为所述预设电压，若Vout1在给定时间内始终无法升压到所述预设电压，则说明开关管G1存在故障，同理，若Vout2在给定时间内始终无法升压到所述预设电压，则说明开关管G2存在故障。

其中，在保持输入电压Vin0不变的情况下，预设电压Vout0可通过对所述Boost电路正常工作时的输出电压进行采样得到；当然，也可以通过计算方式得到，即预设电压Vout0＝输入电压Vin0的采样值*所述Boost电路的升压比。

其中，针对各路开关管及其驱动电路的故障检测顺序并不局限。

参见图4，本发明实施例公开了一种多开关管并联故障检测电路，以避免直流变换电路中并联的开关管因电流应力超标而损坏，包括：

采样电路401，用于采样直流变换电路的输出电压；

与采样电路401相连的主控单元402，用于针对直流变换电路中的各路待测单元逐一进行故障检测，所述每一路待测单元由开关管并联结构中的一路开关管及所述开关管的驱动电路组成；其中，针对每一路待测单元的故障检测方法，均包括：控制一路待测单元中的驱动电路向开关管发驱动信号，其余几路待测单元中的开关管的驱动信号保持关闭；获取采样电路401的电压采样值；以及判断所述电压采样值是否达到预设电压，并保存判断结果。

此外，本发明实施例还公开了一种直流变换电路，以避免直流变换电路中并联的开关管因电流应力超标而损坏，包括：主电路和上述公开的多开关管并联故障检测电路。

其中，所述主电路可以是Boost电路、Buck电路或Buck-Boost电路等。

其中，所述Boost电路可采用如图5所示的拓扑结构，包括电感L1、开关管并联结构、二极管VD1和电容C1，其中：

所述开关管并联结构包括多个并联的开关管G1～Gn；

所述开关管G1～Gn对应的驱动信号分别为D1～Dn，驱动信号D1～Dn的产生可以为通过独立的PWM产生，也可以通过相同的PWM，然后通过逻辑门电路得到；

所述开关管并联结构的电能输入端经电感L1接直流源E的正极，其电能输出端接直流源E的负极；二极管VD1和电容C1串联后再与所述开关管并联结构并联。

优选的，所述Boost电路也可以采用如图6所示的拓扑结构，包括电感L1、开关管并联结构、同步整流结构和电容C1，其中：

所述开关管并联结构的电能输入端经电感L1接直流源E的正极，其电能输出端接直流源E的负极；所述同步整流结构和电容C1串联后再与所述开关管并联结构并联；

所述同步整流结构包括多个并联的开关管K1～Km(图中仅示出两个开关管K1、K2)，通过替换图5中的二极管VD1来提高系统效率，其并不存在开关管电流应力超标问题，故不属于本申请故障检测范围；所述开关管并联结构包括多个并联的开关管G1～Gn。所述同步整流结构和所述开关管并联结构中的开关管数量可根据实际需要进行合理设置，m与n可以相等，也可以不等。

其中，所述Buck电路可采用如图7所示的拓扑结构，包括电感L1、开关管并联结构、二极管VD1和电容C1，其中：

所述开关管并联结构包括多个并联的开关管G1～Gn；

所述开关管G1～Gn对应的驱动信号分别为D1～Dn，驱动信号D1～Dn的产生可以为通过独立的PWM产生，也可以通过相同的PWM，然后通过逻辑门电路得到；

所述开关管并联结构与二极管VD1串联后再与直流源E并联；电感L1和电容C1串联后再与二极管VD1并联。

优选的，所述Buck电路也可以采用如图8所示的拓扑结构，包括电感L1、开关管并联结构、同步整流结构和电容C1，其中：

所述开关管并联结构与所述同步整流结构串联后再与直流源E并联；电感L1和电容C1串联后再与所述同步整流结构并联；

所述同步整流结构包括多个并联的开关管K1～Km(图中仅示出两个开关管K1、K2)，通过替换图7中的二极管VD1来提高系统效率，其并不存在开关管电流应力超标问题，故不属于本申请故障检测范围；所述开关管并联结构包括多个并联的开关管G1～Gn。所述同步整流结构和所述开关管并联结构中的开关管数量可根据实际需要进行合理设置，m与n可以相等，也可以不等。

综上所述，本发明对开关管并联结构中的各路开关管及其驱动电路逐一进行故障检测，检测方法为：在某一路开关管给驱动、其余几路开关管不给驱动的情况下，若直流变换电路的输出电压未达到预设值，则说明给驱动的这一路开关管或该开关管的驱动电路存在故障。那么，在对全部开关管及其驱动电路的故障排查工作结束后，及时对有故障的开关管及其驱动电路进行相关处理，即可避免直流变换电路中并联的开关管因电流应力超标而损坏。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的多开关管并联故障检测电路而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种多开关管并联故障检测方法，其特征在于，包括：针对直流变换电路中的各路待测单元逐一进行故障检测，所述每一路待测单元由开关管并联结构中的一路开关管及所述开关管的驱动电路组成；

其中，针对每一路待测单元的故障检测方法，均包括：

控制一路待测单元中的驱动电路向开关管发驱动信号，其余几路待测单元中的开关管的驱动信号保持关闭；

获取所述直流变换电路的输出电压；

判断所述直流变换电路的输出电压是否达到预设电压，并保存判断结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设电压为在保持输入电压不变的情况下，对所述直流变换电路正常工作时的输出电压进行采样得到。

3.一种多开关管并联故障检测电路，其特征在于，包括：

采样电路，用于采样直流变换电路的输出电压；

与所述采样电路相连的主控单元，用于针对直流变换电路中的各路待测单元逐一进行故障检测，所述每一路待测单元由开关管并联结构中的一路开关管及所述开关管的驱动电路组成；其中，针对每一路待测单元的故障检测方法，均包括：控制一路待测单元中的驱动电路向开关管发驱动信号，其余几路待测单元中的开关管的驱动信号保持关闭；获取所述采样电路的电压采样值；以及判断所述电压采样值是否达到预设电压，并保存判断结果。

4.一种直流变换电路，其特征在于，包括：主电路和权利要求3所述的多开关管并联故障检测电路。

5.根据权利要求4所述的直流变换电路，其特征在于，所述主电路为Boost电路。

6.根据权利要求5所述的直流变换电路，其特征在于，所述Boost电路包括电感、开关管并联结构、二极管和电容，其中：

所述开关管并联结构包括多个并联的开关管；

所述开关管并联结构的电能输入端经所述电感接直流源的正极，其电能输出端接所述直流源的负极；所述二极管和所述电容串联后再与所述开关管并联结构并联。

7.根据权利要求5所述的直流变换电路，其特征在于，所述Boost电路包括电感、开关管并联结构、同步整流结构和电容，其中：

所述开关管并联结构的电能输入端经所述电感接直流源的正极，其电能输出端接所述直流源的负极；所述同步整流结构和所述电容串联后再与所述开关管并联结构并联；

所述同步整流结构包括多个并联的开关管；所述开关管并联结构包括多个并联的开关管。

8.根据权利要求4所述的直流变换电路，其特征在于，所述主电路为Buck电路。

9.根据权利要求8所述的直流变换电路，其特征在于，所述Buck电路包括电感、开关管并联结构、二极管和电容，其中：

所述开关管并联结构包括多个并联的开关管；

所述开关管并联结构与所述二极管串联后再与直流源并联；所述电感和所述电容串联后再与所述二极管并联。

10.根据权利要求8所述的直流变换电路，其特征在于，所述Buck电路包括电感、开关管并联结构、同步整流结构和电容，其中：

所述开关管并联结构与所述同步整流结构串联后再与直流源并联；所述电感和所述电容串联后再与所述同步整流结构并联；

所述同步整流结构包括多个并联的开关管；所述开关管并联结构包括多个并联的开关管。