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摘要：目前，在对电子电路进行模拟诊断的多种方法中，故障字典法最为普遍，最具有推广价值。故障字典法是仿真分析健康电路与故障电路，将所有状态下的特征与故障类型进行对比，确定相互关系，从而形成一个字典。当遇到实际电子电子故障的时候，提取故障的特征，在故障字典中进行匹配，进而确定电路的故障。本文主要介绍对常见电子电路的故障诊断和预测，采用基于小波分析和马氏距离研究的方法，确定其故障特征和类型。
关键词：电子电路；故障诊断；预测技术
1.元件故障模型构建
故障字典的建立基础是得到电子电路在各种故障状态下的数据参数，首先就需要在健康电路中注入故障。本文研究的对象是单个电子元件，所以要建立故障元件的模型。常见的故障类型中，有必要进行故障模型建立的是结构性故障模型。
1.1 二端元件
常见的二端元件（例如电阻、电容、二极管等）的结构性故障分为两种，开路和短路。元件阻值相对应为零与无穷大。
虽然在直流激励和交流激勵的两种模式下，电容和电感所处的状态不同。交流激励模式下，会产生容抗和感抗，而直流激励模式不会。但是当电子电路中的电阻值相差不是非常大，而且仿真的数据误差很小的时候，两种模式下，分别用超大电阻和超小电阻代替开路和短路，对故障的诊断和预测不会产生大的影响。因此在此次的研究中，二端元件的短路情况和开路情况分别用0.001Ω和500Ω的电阻来模拟。
1.2 三端元件
三端元件的故障模拟以三极管的引脚开路为例。一个引脚开路分三种故障类别，即基极开路、集电极开路、发射极开路。在一个引脚开路情况下串联一个大电阻，可视为断开其与电路中的其他元件。在两引脚短路情况下（基极集电极短路、基极发射极短路、集电极发射极短路），并联小电阻即可视为两个引脚为短路。而两引脚击穿也分三种类型，即基极集电极击穿、基极发射击穿和集电极发射击穿。
2.故障诊断技术方法
首先，我们将小波分析应用于电路信号分析当中，获得故障特征数据；用马氏距离测量电路与故障间的距离，记录所有情况下的马氏距离，而当中数值最小的故障模式，即为电路所具有的的故障。利用小波分析和马氏距离对故障诊断过程分为建立故障字典和故障诊断两个部分。
建立故障字典的步骤如下，第一步，建立Pspice文件，分析电路，建立故障集；第二步，对电子电路在无故障状态和各种故障状态下进行蒙特卡洛仿真分析，收集相关的数据；第三步，利用获得的各项数据，计算得到每种故障状态下的与之对应的特征参数；第四步，保存数据，建立故障字典。
故障诊断的步骤如下，第一步，测量某一个未知故障的电路，采集相关数据；第二步，将采集的数据进行相同的计算和分析；第三步，将计算马氏距离；第四步，匹配马氏距离，其中最小差值的就为待测电路的故障模式。
3.故障诊断预测实例应用分析
如图2所示，电路图中C、R、L的容差均为15%，D为二极管，M1为开关管。
对图中各元件的建立结构性故障模型，按照上节介绍的建立故障字典的相关步骤进行。得出BUCK电路的单故障集如表1。
对Pspice中建立的原电路和故障电路进行仿真分析，记录下R端的电压值。对电路进行蒙特卡洛分析后，采取总计200组数据，需要注意的是，需要保持1MHZ的频率，并且要在电路稳定后进行。
小波分析的频率需保持在500kHz，进行4层小波分析，并获得小波系数能量值。在200组的数据中，50组用于建立故障集，剩下的数据用于验证，并计算正确率。结果如表2所示。由此可见，采用小波分析集合马氏距离的电路诊断预测方法，得到的正确率的过程相比于其他方法更为简单，计算方便，最终的正确率很高（99.4%）。然而，通过这种方式得到的结果，是没有考虑到除开开关管开路和短路故障之外的其他故障。而且这种诊断方法忽略了在开关管跳变产生的磁场因素，所以也有一定局限性。
4.结论
本文介绍了使用小波分析和马氏距离来进行电子电路故障的诊断和预测，利用小波分析提取获得各种故障的特征数据，使用马氏距离来确定未知故障的模式。通过对BUCK电路的故障建模，计算出对电子电路故障的诊断正确率，最终的正确率高达99.4%。这种方法操作简单，正确率较高，在对电子电路故障预测上，具有非常积极的作用。
参考文献：
[1]刘琳.一种模拟电路故障诊断方法研究.现代电子技术，2017，40（6）.
[2]吕京龙.基于混杂系统模型的电力电子电路故障诊断.中国新通信，2018，v.20（9）.
（作者单位：上海华测导航技术股份有限公司）
关键词：电子电路；故障诊断；预测技术
1.元件故障模型构建
故障字典的建立基础是得到电子电路在各种故障状态下的数据参数，首先就需要在健康电路中注入故障。本文研究的对象是单个电子元件，所以要建立故障元件的模型。常见的故障类型中，有必要进行故障模型建立的是结构性故障模型。
1.1 二端元件
常见的二端元件（例如电阻、电容、二极管等）的结构性故障分为两种，开路和短路。元件阻值相对应为零与无穷大。
虽然在直流激励和交流激勵的两种模式下，电容和电感所处的状态不同。交流激励模式下，会产生容抗和感抗，而直流激励模式不会。但是当电子电路中的电阻值相差不是非常大，而且仿真的数据误差很小的时候，两种模式下，分别用超大电阻和超小电阻代替开路和短路，对故障的诊断和预测不会产生大的影响。因此在此次的研究中，二端元件的短路情况和开路情况分别用0.001Ω和500Ω的电阻来模拟。
1.2 三端元件
三端元件的故障模拟以三极管的引脚开路为例。一个引脚开路分三种故障类别，即基极开路、集电极开路、发射极开路。在一个引脚开路情况下串联一个大电阻，可视为断开其与电路中的其他元件。在两引脚短路情况下（基极集电极短路、基极发射极短路、集电极发射极短路），并联小电阻即可视为两个引脚为短路。而两引脚击穿也分三种类型，即基极集电极击穿、基极发射击穿和集电极发射击穿。
2.故障诊断技术方法
首先，我们将小波分析应用于电路信号分析当中，获得故障特征数据；用马氏距离测量电路与故障间的距离，记录所有情况下的马氏距离，而当中数值最小的故障模式，即为电路所具有的的故障。利用小波分析和马氏距离对故障诊断过程分为建立故障字典和故障诊断两个部分。
建立故障字典的步骤如下，第一步，建立Pspice文件，分析电路，建立故障集；第二步，对电子电路在无故障状态和各种故障状态下进行蒙特卡洛仿真分析，收集相关的数据；第三步，利用获得的各项数据，计算得到每种故障状态下的与之对应的特征参数；第四步，保存数据，建立故障字典。
故障诊断的步骤如下，第一步，测量某一个未知故障的电路，采集相关数据；第二步，将采集的数据进行相同的计算和分析；第三步，将计算马氏距离；第四步，匹配马氏距离，其中最小差值的就为待测电路的故障模式。
3.故障诊断预测实例应用分析
如图2所示，电路图中C、R、L的容差均为15%，D为二极管，M1为开关管。
对图中各元件的建立结构性故障模型，按照上节介绍的建立故障字典的相关步骤进行。得出BUCK电路的单故障集如表1。
对Pspice中建立的原电路和故障电路进行仿真分析，记录下R端的电压值。对电路进行蒙特卡洛分析后，采取总计200组数据，需要注意的是，需要保持1MHZ的频率，并且要在电路稳定后进行。
小波分析的频率需保持在500kHz，进行4层小波分析，并获得小波系数能量值。在200组的数据中，50组用于建立故障集，剩下的数据用于验证，并计算正确率。结果如表2所示。由此可见，采用小波分析集合马氏距离的电路诊断预测方法，得到的正确率的过程相比于其他方法更为简单，计算方便，最终的正确率很高（99.4%）。然而，通过这种方式得到的结果，是没有考虑到除开开关管开路和短路故障之外的其他故障。而且这种诊断方法忽略了在开关管跳变产生的磁场因素，所以也有一定局限性。
4.结论
本文介绍了使用小波分析和马氏距离来进行电子电路故障的诊断和预测，利用小波分析提取获得各种故障的特征数据，使用马氏距离来确定未知故障的模式。通过对BUCK电路的故障建模，计算出对电子电路故障的诊断正确率，最终的正确率高达99.4%。这种方法操作简单，正确率较高，在对电子电路故障预测上，具有非常积极的作用。
参考文献：
[1]刘琳.一种模拟电路故障诊断方法研究.现代电子技术，2017，40（6）.
[2]吕京龙.基于混杂系统模型的电力电子电路故障诊断.中国新通信，2018，v.20（9）.
（作者单位：上海华测导航技术股份有限公司）