TSMC功率開關故障診斷優化

鄧文浪，唐亞輝，李彬艷，吳金鳳，嚴煜坤

（湘潭大學 信息工程學院，湖南 湘潭 411105）

0 引言

矩陣變換器MC（Matrix Converter）具有功率因數可調、輸入輸出性能優良、能量雙向流動及結構緊湊等優點，在電力系統、電力傳動等領域有較大的應用前景［1-4］。MC拓撲包括常規矩陣變換器CMC（Conventional Matrix Converter）和雙級矩陣變換器TSMC（Two-Stage Matrix Converter）兩大類型。這 2 種拓撲都由數量較多的IGBT作為開關器件，IGBT工作在高溫、高頻狀態是電力電子系統中易發生故障的薄弱環節，功率開關故障會導致系統的性能下降甚至崩潰，因此對MC進行功率開關故障的在線診斷并采取合適的容錯控制［5-10］具有重要的意義。

開路故障和短路故障是功率管最為常見的故障，短路故障一般由硬件電路（熔斷器等）做保護處理，因此，對功率管的故障診斷主要為開路故障。目前根據故障提取量的不同，CMC的故障診斷方法可分為電流法和電壓法。

電流法主要根據CMC輸出電流、箝位電流的故障特征和開關狀態定位故障開關［11-12］。電流法診斷成本低，但實現起來復雜，診斷時間長，容易受負載運行狀態影響。

MC的功率開關故障會直接影響其輸出電壓，因此根據輸出電壓故障特征來診斷開關，具有診斷速度快、準確度高、實現簡單等優點［13-18］。文獻［13-18］提出了根據計算CMC的9個調制誤差電壓定位故障開關的診斷方法，該方法獨立于CMC調制策略且不受負載的影響，診斷快速且準確率高，但該方法僅針對CMC拓撲。由于拓撲結構、箝位電路上的差異，CMC的診斷方法不適用于TSMC。文獻［19-20］提出了TSMC的電壓法故障診斷方法，但都需要利用直流側的電壓故障特征去定位故障開關，這使診斷過程更加復雜，并需要增加電壓傳感器來檢測直流側電壓，增加了診斷成本。……