电力电子电路健康监测的特征参数选取和阈值建立

表1显示随着ESR增大时，电压均值、纹波和特征参数的变化情况。“溢出率”是指测试数据超出故障线(即阈值μx+3σx)占该测试点测试样本的比率，图5显示测试数据在控制界限图中的分布情况，该图中有89％的点超出了故障线，说明此时电路已经严重退化。本文设定溢出率达95％即电路故障。

电路健康状态在表1中也已标识出来。由表中数据分析可知，当MD=5．823时溢出率达到99％，可以认定电路已经故障。而MD=3．575～5．336时电路逐渐退化，趋向于发生故障。一般认为输出电压的均值偏离10％或者纹波电压超过1V表示电路故障，表1显示文中所用方法与该标准基本吻合。
表2是电感L从39．2μH减小到21μH的测试结果。C、ESR均取容差为18％，每隔2．6μH进行一次测试，每个测试点做100次高斯分布的蒙特卡洛仿真。

表2数据显示，电感从39．2μH减小到21μH时(幅度接近50％)，对电路输出电压和纹波电压影响比较明显。当MD=5．404时，电路发生故障。此时纹波电压已达1．4 V，电感值仅为标称值的44．7％，远超过允许容差。
另设置电容C从200μF减小到90μF，L、ESR均取容差为18％，每隔11μF进行一次测试，每个测试点做100次高斯分布的蒙特卡洛仿真。实验显示，电容从200μF减小到90 μF时(幅度超过50％)，对输出电压均值和纹波影响依然很小。即使电容减小到30μF时，对输出影响仍然不明显。从单个元件来说，电路应该已经故障了，但对于整个电路而言，其健康状态并没有实质性的改变。但这种情况在实际电路中不可能出现。电容的明显减小会较快地导致ESR的增大，从而影响输出。

3 结论
通过对Buck电路的健康监测仿真实验研究表明，文中将输出电压的均值和纹波这两个关键参数变换成马氏距离，并通过该特征参数来监测电路健康状态的方法是可行的；并用C、L这2个参数进行了验证。实际运用中不会进行多次蒙特卡洛仿真或者对多个同状态电路进行测试，等价方法是对电路在短时限内进行等时间间隔、连续的状态测试，相当于多次测量时考虑人为误差和电路参数扰动。尚需解决的问题是：实验发现，电路检测为故障的状态与通常的故障表征条件“输出电压的均值偏离10％或者纹波电压超过1 V”有所差异。这可能与健康集的选取、元件容差范围的设定等有关，还需进一步研究确定。