СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ОТКАЗА В ИМПУЛЬСНОМ ИСТОЧНИКЕ ТОКА И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
METHOD OF DETECTING FAULT IN PULSED CURRENT SOURCE AND CORRESPONDING ELECTRIC POWER SOURCE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу обнаружения сбоя в импульсном источнике электричества и соответствующему источнику электричества.
Изобретение может быть применено для различных типов устройств и, в частности, в задающих устройствах для управления приводами моментных электродвигателей или соленоидов, для регулировки ротационных машин, в импульсных блоках электропитания и т.д.
Уровень техники
Вышеприведенные устройства обычно используют источник электричества, в котором управление реализовано посредством широтно-импульсной модуляции (PWM).
Источник электричества имеет управляющий каскад и силовой каскад. Управляющий каскад принимает сигнал установки и подает на силовой каскад управляющий сигнал, модулированный с заданным коэффициента заполнения. Силовой каскад соединен с нагрузкой, на которую подают электричество в соответствии с управляющим сигналом. Для этих целей силовой каскад может содержать, например, по меньшей мере, один полевой транзистор, управляемый управляющим сигналом.
Для некоторых случаев применения, в которых последствия сбоя устройства управления могут считаться критичными, основной задачей является обнаружение сбоев и, предпочтительно, компонентов, вызвавших сбой.
Известно, что сбой можно обнаружить измерением напряжения и тока в горячей точке на выходе силового каскада и измерением напряжения и тока в холодной точке на выходе силового каскада. Это позволяет обнаружить короткое замыкание в нагрузке (измеренные токи равны току установки и напряжение равно нулю), обрыв цепи в нагрузке (измеренные токи равны нулю, в то время как напряжение не равно нулю) и сбой в источнике электричества (измеренные токи и напряжение равны нулю даже когда сигнал установки не соответствует нулевому току). Данный подход требует относительно сложной логической схемы для обнаружения сбоя, то есть является относительно затратным для реализации.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является обеспечение простого средства для обнаружения и идентификации сбоев, когда на нагрузку подают питание от импульсного источника электричества.
С этой целью в настоящем изобретении предложен способ обнаружения сбоя для импульсного источника электричества, имеющего управляющий каскад, реагирующий на сигнал установки и подающий управляющий сигнал, модулированный с коэффициентом заполнения, на силовой каскад, подающий электричество на нагрузку. Данный способ содержит этапы, на которых:
- определяют по меньшей мере одно номинальное значение коэффициента заполнения при нормальном функционировании и по меньшей мере один порог сбоя как функции от номинального значения;
- определяют по меньшей мере одно моментальное значение коэффициента заполнения сигнала, выданного управляющим каскадом; и
- сравнивают моментальное значение с пороговым значением сбоя. Сбой обнаруживают посредством использования коэффициента заполнения, который является величиной, представляющей собой электроэнергию, подаваемую на нагрузку источником электричества. Сравнивая моментальное значение коэффициента заполнения с пороговым значением,  определенным относительно номинального значения коэффициента заполнения (либо измеренным заранее в условиях нормального функционирования, либо вычисленным или спрогнозированным на основе моделирования), можно обнаружить наличие короткого замыкания или обрыв цепи в нагрузке.
Предпочтительно, диапазон номинальных значений является определенным. Предпочтительно, чтобы функционирование нагрузки было связано с вызываемыми изменениями в токе.
Предпочтительно, способ включает в себя этап измерения тока, выводимого силовым каскадом, и проверку того, что:
- там, где это предусмотрено, ток является нулевым;
- сигнал установки соответствует нулевому току. Обнаружение значения тока позволяет идентифицировать неисправную работу в самом источнике электричества.
В настоящем изобретении также предложен импульсный источник электричества, содержащий управляющий каскад, силовой каскад и модуль обнаружения сбоя, выполненный с возможностью реализации способа по настоящему изобретению.
Краткое описание чертежей
Другие особенности и преимущества настоящего изобретения будут понятны после прочтения нижеследующего описания конкретных вариантов осуществления, которые, однако, не ограничивают настоящее изобретение.
Ссылки даны на сопроводительные чертежи, в которых:
фиг.1 является блок-схемой источника электричества согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения; и
фиг.2 является видом, аналогичным показанному на фиг.1, и отображает источник электричества согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
В соответствии с показанными на фигурах изображениями изобретение относится к импульсному источнику электричества, соединенному с нагрузкой 100 для подачи на нее электроэнергии. Нагрузкой 100 может быть, в частности, роторная машина или привод моментного электродвигателя или соленоида.
Источник электричества, в целом обозначенный ссылочной позицией 1, содержит управляющий каскад 2, силовой каскад 3 и модуль 4 обнаружения сбоя, соединенный с ответвлением 5 для измерения тока между силовым каскадом 3 и нагрузкой 100.
Управляющий каскад 2 выполнен так, что он подает на силовой каскад 3 управляющий сигнал, модулированный с коэффициентом заполнения, заданным как функция от сигнала установки.
Силовой каскад 3 содержит, известным образом, транзисторы, каждый из которых имеет управляющий вход, принимающий управляющий сигнал, для переключения транзисторов между их состояниями ВКЛ/ВЫКЛ, как функцию от коэффициента заполнения. Ток, протекающий через транзисторы, подают на нагрузку 100.
В варианте осуществления, показанном на фиг.1, управляющий каскад 2 имеет цифровой тип и включает в себя блок 6 для вычисления коэффициента заполнения, и данный блок соединен с блоком 4 обнаружения сбоя для передачи на него моментального значения коэффициента заполнения.
В варианте осуществления, показанном на фиг.2, управляющий каскад 2 является контролирующим устройством аналогового типа, и модуль 4 обнаружения соединен с элементом 7 для обнаружения управляющего сигнала, выводимого управляющим каскадом 2, и для измерения коэффициента заполнения.
В обоих вариантах осуществления модуль 4 обнаружения выполнен с возможностью реализации способа обнаружения сбоя.
Данный способ содержит этапы, на которых:
- определяют по меньшей мере одно номинальное значение коэффициента заполнения при нормальной работе нагрузки 100 и по меньшей мере один порог сбоя в качестве функции от номинального значения;
- определяют по меньшей мере одно моментальное значение α коэффициента заполнения модулированного сигнала, полученного от управляющего каскада 2; и
- сравнивают моментальное значение с порогом сбоя.
min
max
min
max
ос
max
sc
min
ос
sc
max
min
ос
max
sc
min
Более конкретно, диапазон номинальных значений является определенным, а именно минимальное значение α и максимальное значение α соответствуют минимальному току и максимальному току, получаемому нагрузкой 100 при нормальном функционировании. Минимальные и максимальные значения α и α могут быть определены теоретически, посредством вычислений или эмпирически проведением измерений тогда, когда нагрузка работает в контролируемых условиях для гарантии того, что она функционирует нормально. На основе этих значений определяют два порога сбоя: порог α обнаружения обрыва цепи, который больше максимального значения α, и порог α обнаружения короткого замыкания, который меньше минимального значения α. Величину, на которую пороги α и α соответственно  больше максимального значения α и меньше минимального значения α, определяют так, чтобы избежать ложного обнаружения сбоя как результата случайного или непродолжительного изменения тока во время нормального функционирования нагрузки 100, например, в результате перехода между двумя состояниями нагрузки. Порог α обрыва в цепи может быть, например, на 20% больше максимального значения α, и порог α короткого замыкания может быть, например, на 20% меньше минимального значения α.
h
с
Способ также включает в себя этап измерения тока I в горячей точке (I) и/или холодной точке (I) на выходе силового каскада 3 через ответвление 5 и проверку того, что:
- где это предусмотрено, ток является нулевым;
- сигнал установки соответствует нулевому току.
Данный этап служит для обнаружения сбоев в источнике электричества.
В нижеприведенной таблице обобщены различные случаи сбоев.
Идентифицируемые сбои
Условия обнаружения сбоя
Измеренный I<sub>h</sub>
Измеренный I<sub>с</sub>
α
Установка
Короткое замыкание в нагрузке
<α<sub>sc</sub>
Обрыв цепи в нагрузке
>α<sub>oc</sub>
Сбой в задающем устройстве
=0
-0
-0
≠0
Очевидно, что настоящее изобретение не ограничено вышеописанными вариантами осуществления и охватывает любые варианты, попадающие под объем изобретения, описанный в формуле изобретения.
В частности, источник электричества может иметь структуру, отличающуюся от описанной, если такая структура позволяет реализовать способ согласно настоящему изобретению.
Также можно обнаруживать множество моментальных значений для коэффициента заполнения, например, в течение заданного периода.