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军工科技TECHNOLOGY

基于瞬态信号分析的电源模块

故障模式识别

王明强

【摘要】精准分析。

舰船装备的电源模块在复杂环境下长期运

行，易受瞬态干扰影响，导致故障发生。为提高电源模电源模块在舰船装备的故障通常表现为输出异常、纹波

块故障诊断的准确性，本文研究基于瞬态信号分析的故增大和瞬态过冲等现象。这些故障会影响舰载电子设备的稳

障模式识别方法。分析瞬态信号的特征提取方法，结合定运行，甚至导致系统失效。电源模块的瞬态故障信号主要

时频分析技术提取电源模块故障信号的关键特征。构建来源于开关电路的异常、电磁干扰（EMI）、功率器件的损耗

基于瞬态信号的故障特征库，并设计故障模式分类算法，老化以及负载突变的影响。

提高故障诊断的精度。借助实验平台搭建与数据采集，电压波动瞬态响应时谐波畸变率系统影响评

验证所提方法的有效性。故障类型幅度（V）间（ms）（%）分（1-10）

开关电路异常15.21.56.89

【关键词】

瞬态信号分析｜电源模块｜故障模式识

别｜舰船装备电磁干扰8.72.312.48

功率器件老化12.535.37

表1：电源模块故障特性

舰船装备的电源模块是保障各类电子系统稳定运行的关电磁干扰是舰船电源系统中瞬态信号通常表现为高频噪

键部件，其运行环境复杂，易受到瞬态干扰、电压波动和负声、谐波畸变及脉冲干扰等特性。由电源模块内部的电感、

载冲击的影响，导致故障发生。传统的故障诊断方法主要依电容和变压器非线性特性引起的寄生效应，使得瞬态信号的

赖稳态信号分析，难以准确捕捉瞬态故障特征，影响故障模频谱能量在特定频段出现异常峰值。

式识别的精度。瞬态信号分析可有效表征电源模块在故障发

生时的动态特征，为故障诊断提供更精确的特征信息。本文二、电源模块故障模式识别方法

研究基于瞬态信号分析的电源模块故障模式识别方法，构建

故障特征库并设计分类算法，借助实验验证方法的有效性。（一）基于瞬态信号的故障特征库构建

针对舰船装备电源模块的应用需求，故障特征库的构建

一、瞬态信号分析理论基础需要考虑舰载环境下电源系统的运行状态、故障类型和瞬态

信号的时频特征及信号演化规律。特征库的建立首先基于实

瞬态信号是系统受到外界激励后，在短时间内产生的非验测量和历史运行数据，对正常状态及各类故障状态下的瞬

周期性或短时稳定的信号。针对电源模块的瞬态信号特征提态信号进行采集和分析，以构建标准化的故障特征基准。数

取，主要依赖时域、频域及时频域分析方法，以精确捕捉电据采集过程中，借助高精度示波器、电磁兼容测试仪、动态

源模块在故障发生时的瞬态响应特性。由于瞬态信号的短时信号分析仪等设备，监测电源模块在不同运行工况下的电压、

特性，FFT难以准确描述其时间局部变化。小波变换（WT）电流和纹波及谐波特性，保证获取的瞬态信号数据具有完整

成为瞬态信号分析的重要工具，借助多尺度分解，可同时提性和高分