浅谈电源故障预测技术

III. Ringdown™ 技术的介绍

　　机电致动器，如线性驱动器，在许多航空航天应用，包括军用和商用飞机, 正在取代其液压对应的单元。降低整体的载重和消除液体的泄漏的问题，有助于降低运营和维护费用。也许机电致动器的采用的一个更大的好处是改善飞行控制能 力。为便于采用，非侵入性的解决方案是电子子系统的故障预测技术的首选。Ridgetop-Group的非侵入式Ringdown™ 技术是为电子电源系统的故障预测发展而来的，能够适应于象服务于飞机的机电致动器的运动控制系统的伺服环路。

　　下面介绍一个对直流电机的监测的例子来说明Ringdown™。

图 3 无刷电机/机电致动器伺服环路

　　图3. 是直流电动机伺服环路图，是利用位置反馈所提供的解析器或执行运动的霍尔传感器。运动控制系统的错误可以被分析，以评估H桥电路共同的无刷直流电动机伺服驱动器的健康状况（State-of-Health ）。

(图4a 健康MOSFET)



(图4b损坏的MOSFET)

　　图4 是 Ringdown™ 仿真结果。 图4a ）揭示转子位置和当H桥电路的所有组成部分是健康状态时的错误对比。当H桥正常工作时，转子位置密切跟踪目标位置，在命令指挥方向改变以前，几乎为零错 误，即转子位置和目标位置是匹配的。H桥功率级也包括了MOSFET的开关，对于三相无刷直流电动机，有三对MOSFET的开关。利用脉冲宽度调制（ PWM ）技术， MOSFET的开关控制通过线圈绕组的电流和转子的转动。基本上，依靠调节PWM信号的占空比来改变转子的方向或在命令位置稳定的保持。50 ％的PWM占空比没有产生运动，少于百分之五十的占空比运动在一个方向（如顺时针方向） ，而多于50 ％的占空比运动在反方向(如逆时针方向)。图4b 说明的是一个单一阶段的H桥的一个MOSFET退化的效果（例如，增加了内部电阻）。对比图4a.可以看出，转子位置大于模拟的目标位置。当方向改变的命 令下达时，转子位置轻微地超过目标位置，经过补偿，然后再尝试遵从目标位置。图4b.错误的曲线图揭示了异常控制回路的行为。错误的曲线图是由于退化的 MOSFET开关造成的。这导致正常转子为了回应指挥位置变化要快的多，以及抵消观察与实际转子位置和目标位置。

　　众所周知, MOSFET和IGBT等经常用在电源系统中，常见的伺服驱动H桥电路的门驱动器是依靠适合H桥的MOSFET或IGBT开关的驱动的控制逻辑(例如,微 控制器或DSP)来推动TTL或CMOS低和高侧的PWM整流信号所产生。通常情况下，由于退化或瞬态电气条件，栅极驱动器集成电路的失效是表现在开路条 件对驱动器的输出，例如使用过程中破坏性的抖动。同样地，如温度和振动应力等环境因素，也可导致H桥栅极驱动器集成电路断路故障的。

　　Ridgetop-Group Ringdown™ 技术到底怎样实现的呢? 如图5.伺服驱动器通常包括一个来控制反馈环路和整体系统的反应的嵌入式微控制器单元控制器（ MCU ）或数字信号处理器（ DSP ）。集成了通用输入/输出，数据转换器，通信接口和充裕的记忆体。微控制器或DSP将管理由传感器获得的抖动产生/响应和将机动致动器的健康数据传到故障 预测的遥感勘测中心，以至于预测后遥测治理。原始预测后的数据将用于由飞行控制或对地面维修人员远程分析。当前在航天航空领域，无论是否有故障，非常困难 的和昂贵的检查是不可少的，航天器因为维修原因经常拆除和更换。更复杂的是，很多在飞行记录中许多问题在地面复测时不能再次复制，并因此被视为"无法重 复" 或"无麻烦发现" （ NTF ）。最坏的是， 故障预测技术将通过支持条件为基础的维修工程有助于减轻这种昂贵的诊断/维修周期。最好的是， 故障预测的启用可以帮助飞行员避免灾害。在任何情况下，有效的预测后传感技术与强大的故障预测健康管理工具使维修费用减少。

图 5 Ringdown™ 模块

　　IV. Ringdown™ 解决方案特点和优势

　　正常情况下，电源系统使用闭环反馈来保持电压或电流的稳定.。当电源系统仍然处于稳定时，一些时间或老化相关的因素对内部器件造成的变化，造成电源电 源系统供给将要失效。Ringdown解决方案是在外部通过对电源系统或其负载变化进行瞬时的监控，在电源系统的性能还没有显著的下降时就可以检测到故障 将要发生的特征， 用户可以根据Ringdown™的反应提前采取相应的措施。

　　1) RingDown解决方案可以精确地预测电源的损耗并判断其健康状态(State-of Health)和剩余寿命(Remaining Useful Life)。通过一个中央节点对位于电路板上的传感器进行信息收集来实现资产管理.

　　2）减少电源系统在应用中的故障

　　当电子系统的电源系统失效时，可能造成较大经济损失和客户对产品较低的评价。Ridgetop-Group Ringdown™解决方案可以精确地预测将要发生的电源失效, 用户可以在其失效之前就采取措施，避免用户的重大损失。

　　3）即插即用式安装,不需要修改用户电路

　　一个类似于专用外部传感器可以直接插装在用户电路板上，不需要修改用户电路。利用特殊的技术来提取测量值和判定控制电路的特性。

　　１．可以快速对电源进行在线或离线测试.

　　２．减少整体测试成本.