接著上面的說，講一下實(shí)驗(yàn)里開關(guān)管D1的情況。

圖1

1. 二極管D1短路故障分析

在P=0時(shí)二極管D1發(fā)生短路故障和電路正常狀態(tài)情況下一致，因此二極管D1短路故障不能在P=0時(shí)檢測(cè)出來。當(dāng)P=1時(shí)二極管D1發(fā)生短路故障，此時(shí)二極管D2處于導(dǎo)通狀態(tài)，而二極管D3處于關(guān)斷狀態(tài)，電路存在兩個(gè)短的分支，一個(gè)分支為 L2-D1-D2另一個(gè)分支為C1-D1-D2-S，儲(chǔ)存在電感L2和電容C1中的能量通過二極管D2和開關(guān)管S迅速釋放，這很容易使二極管D2和開關(guān)管S發(fā)生二次故障，因此，圖1中所示的保險(xiǎn)絲FU會(huì)在D1 發(fā)生短路故障的瞬間爆裂。在該瞬間后，無論是在P=0還是P=1時(shí)，由于保險(xiǎn)絲斷裂開關(guān)管S分支始終處于打開狀態(tài)，并且分支L1-D1-C1-Uin發(fā)生諧振，并且UL1在一段時(shí)間內(nèi)逐漸衰減。與此同時(shí)，電流iL2流經(jīng)分支L2-D1-D2。分別考慮二極管D1發(fā)生短路故障后二極管D1的導(dǎo)通電阻rD1,SCF和二極管D2的導(dǎo)通電阻rD2，根據(jù)基爾霍夫電壓定律（KVL），在二極管D1發(fā)生短路故障后電感電壓UL2表示如下：

UL2=iL2(rD1,SCF+rD2)

實(shí)際上，UL2此時(shí)幾乎等于導(dǎo)通狀態(tài)電壓UD2,on，然后迅速衰減至零。因此，在P=1時(shí)的電壓UL2可用于檢測(cè)二極管D1短路故障。如上式所示，為了減少噪聲干擾，我們選擇兩個(gè)閾值電壓Uth1=UD2,on和Uth2=-UD2,on與UL2進(jìn)行比較。因此得到判斷二極管D1發(fā)生短路故障診斷邏輯關(guān)系為：

由于UL2不是迅速減為0，因此無論在P = 0還是P = 1期間二極管D1發(fā)生短路故障，故障檢測(cè)都被延遲兩個(gè)開關(guān)周期檢測(cè)到。

2.二極管D1開路故障分析

在P=1時(shí)二極管D1發(fā)生開路故障，此時(shí)二極管D2處于導(dǎo)通狀態(tài)，而二極管D3處于關(guān)斷狀態(tài)，這和電路正常狀態(tài)情況下一致。在P=0時(shí)二極管D1發(fā)生開路故障電感L1的電流流過D2 和D3，根據(jù)基爾霍夫電壓定律（KVL），可以得到UL1=Uin-Uout和UL2=UC1-Uout，電感L1兩端的電壓UL1=Uin-Uout與正常情況下UL1=Uin-UC1不一致，因此可以通過在P=0時(shí)判斷二極管D1是否發(fā)生開路故障，根據(jù)公式UL1=Uin-Uout，UL1=Uin-UC1的值均小于0，因此在二極管D1發(fā)生開路故障時(shí)UL1的極性與正常情況下一致，此時(shí)僅僅通過在P=0時(shí)UL1的極性不能作為判斷二極管D1是否發(fā)生開路故障的標(biāo)志。

因此可以通過UL1- UL2的極性作為二極管D1開路故障的信號(hào)，且判斷D1發(fā)生短路故障診斷邏輯關(guān)系為：

如果二極管D1在P=0時(shí)發(fā)生開路故障，則故障能被立刻檢測(cè)出來，如果二極管在P=1發(fā)生開路故障，則故障需要延遲到P=0才能被檢測(cè)出來，最長延遲時(shí)間為KT，延遲時(shí)間小于一個(gè)開關(guān)周期。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖2  二次型boost變換器二極管D1故障波形圖：（a）二極管D1發(fā)生短路故障時(shí)信號(hào)P、UL1、UL2波形；（b）圖（a）對(duì)應(yīng)的邏輯信號(hào)值；（c）二極管D1發(fā)生開路故障時(shí)信號(hào)P、UL1、UL2波形；（d）圖（c）對(duì)應(yīng)的邏輯信號(hào)值

圖2 為二次型boost變換器的二極管D1故障波形圖，其中二極管D1故障發(fā)生在[t0，t1]之間的某個(gè)瞬間。可以看出，指示二極管D1短路的信號(hào)S1在t2時(shí)刻由高電平變?yōu)榈碗娖剑虼硕O管D1短路故障直到t2時(shí)刻才被檢測(cè)到，本次 使用Uth1 =0.7和Uth2 =-0.7，在t2信號(hào)P由低電平變成高電平且滿足Uth1 <UL2 <Uth2。指示極管D1開路的信號(hào)S2在t1時(shí)刻由高電平變?yōu)榈碗娖剑虼硕O管D1開路故障在t1時(shí)刻被檢測(cè)到，此時(shí)信號(hào)P 由高電平變?yōu)榈碗娖角覞M足UL1 <UL2和UL2<0。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析一致，在狀態(tài)P = 0下無法檢測(cè)到二極管D1發(fā)生短路故障，在狀態(tài)P = 1下無法檢測(cè)到二極管D1發(fā)生開路故障。可以看出，檢測(cè)故障的最大檢測(cè)延遲與故障發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)有關(guān)。二極管D1開路故障的最大延遲為KT，小于一個(gè)開關(guān)周期。但是由于在開關(guān)管支路電流超過10A后熔斷器斷開后電感電壓UL2才能變?yōu)?，因此二極管D1短路故障將延遲兩個(gè)開關(guān)周期。