圖1  二次型的boost變換器

1. 二極管D3短路故障分析

在P=0時二極管D3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D3短路故障不能在P=0時檢測出來。當(dāng)P=1時二極管D3發(fā)生短路故障，此時二極管D1處于關(guān)斷狀態(tài)，二極管D2處于導(dǎo)通狀態(tài)。在這種情況下，短分支C2-D3-S回路中，儲存在電容C2中的能量通過二極管D3和開關(guān)管S迅速釋放，導(dǎo)致圖2.8中的保險絲FU會在二極管D3短路瞬間斷開。保險絲斷開后，無論P=0或P=1，開關(guān)管S支路總是處于斷開狀態(tài)，二極管D1處于導(dǎo)通狀態(tài)，二極管D2處于關(guān)斷狀態(tài)。短分支L2-C1-C2產(chǎn)生諧振后UL2逐漸減為0，同時iL2、UL1減小為0。

為了減少噪聲的干擾，本文選擇兩個閾值電壓Uth3=UD1, on和Uth4=-UD1,on，通過一個窗口比較器對UL1進行比較。可以得到判斷D3發(fā)生短路故障診斷邏輯關(guān)系為：

無論二極管D3在P=0還是P=1發(fā)生短路故障，故障都會延遲幾個周期才被檢測出來。

2、二極管D3開路故障分析

在P=1時二極管D3發(fā)生開路故障和電路正常狀態(tài)情況下一致，因此二極管D3開路故障不能在P=1時檢測出來。當(dāng)P=0時二極管D3發(fā)生開路故障，此時二極管D1和二極管D2都處于導(dǎo)通狀態(tài)。此時，由于二極管D3發(fā)生開路故障，電感L2沒有續(xù)流支路釋放能量，因此開關(guān)管S和二極管D2會收到很大的沖擊電壓。考慮二極管D3的關(guān)斷電阻rD3,off，根據(jù)基爾霍夫電壓定律（KVL）可以得到電感電壓UL1=Uin-UC1和UL2=UC1-Uout-rD3,off iL2。電感L2兩端的電壓在P=0時二極管D3發(fā)生開路故障后UL2=UC1-Uout-rD3,offiL2與正常情況下UL2=UC1-Uout不一致，因此二極管D3發(fā)生開路故障P=0時檢測到。

由于二極管D3的關(guān)斷電阻rD3,off的值很大，因此在二極管D3發(fā)生開路故障后，在P=0時UL2為一個很大的負值，可選擇一個閾值電壓Uth5(Uth5=-VDC/2)比較UL2判斷二極管D3是否發(fā)生開路故障。因此得到判斷D3發(fā)生開路故障診斷邏輯關(guān)系為：

如果二極管D3在P=0時發(fā)生開路故障，則故障能被立刻檢測出來，如果二極管D3在P=1發(fā)生開路故障，則故障需要延遲到P=0才能被檢測出來，最長延遲時間為KT，延遲時間小于一個開關(guān)周期。

3.實驗結(jié)果

圖2 二次型boost變換器二極管D3故障波形圖：（a）二極管D3發(fā)生短路故障時信號P、UL1、UL2波形；（b）圖（a）對應(yīng)的邏輯信號值；（c）二極管D3發(fā)生開路故障時信號P、UL1、UL2波形；（d）圖（c）對應(yīng)的邏輯信號值

圖2為二次型boost變換器的二極管D3故障波形圖，其中二極管D1故障發(fā)生在[t0，t1]之間的某個瞬間。可以看出，指示二極管D3短路的信號S5在t2時刻由高電平變?yōu)榈碗娖剑虼硕O管D3短路故障直到t2時刻才被檢測到，根據(jù)表5.1中的變換器的元件型號和參數(shù)，在此使用Uth3=0.7和Uth4=-0.7，在t2信號P由低電平變成高電平且滿足Uth3<UL1<Uth4。指示二極管D3開路的信號S2在t1時刻由高電平變?yōu)榈碗娖剑虼硕O管D3開路故障在t1時刻被檢測到，此次選取Uth5=-5V，此時信號P 由高電平變?yōu)榈碗娖角覞M足UL1<0和UL2<Uth5。

實驗結(jié)果和1 .2 的理論分析的結(jié)果相同，在狀態(tài)P=0下無法檢測到二極管D3發(fā)生短路故障，在狀態(tài)P=1下無法檢測到二極管D3發(fā)生開路故障。可以看出，檢測故障的最大檢測延遲與故障發(fā)生的時間點有關(guān)。二極管D3開路故障的最大延遲為KT，小于一個開關(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UL1才能變?yōu)?，因此二極管D3短路故障將延遲兩個開關(guān)周期。