CN111007379A - 一种自校正的igbt健康监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自校正的IGBT健康监测方法，其包括以下步骤：S1、建立老化数据采集平台；S2、建立初始老化特征数据库；S3、获取目标IGBT在工作环境中的初始状态；S4、获取集电极与发射极间的电压差值；S5、生成校正参数函数；S6、校正初始老化特征数据库；S7、通过将目标IGBT的集电极与发射极间的电压与校正后的老化特征数据库中同工作条件下的集电极与发射极间的电压进行比较，完成IGBT的健康监测。本发明考虑了IGBT个体差异对于Vce,on测量值分析产生的影响，建立了具有校正补偿性的参数函数模型，提高了电力电子系统中对于IGBT参数分析的准确性，减小了由于个体差异引起误差提供了监测精度。

Description

一种自校正的IGBT健康监测方法
技术领域
本发明涉及半导体领域，具体涉及一种自校正的IGBT健康监测方法。
背景技术
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是一种功率半导体开关器件，广泛应用于中、大型的功率设备中，它在一定程度上提高了电力电子系统的可靠性，可以有效地预防电力电子系统的意外故障，在电力电子系统中所使用的开关有大约42％是IGBT。同时，功率半导体器件也是电力电子转换器中最脆弱的组件，有大约34％的电力电子系统故障是由于电力电子器件的芯片或焊接失效造成的，若不能快速采取实时的有效的维护措施，则可能造成严重的后果和巨额的经济损失。
目前，IGBT可靠性技术主要包含状态监测和寿命预测，常常利用老化特征参数来评估器件的健康状况。其中，Vce,on(集电极与发射极间的电压)由于易于监测，是公认的最有效的特征参数。对于电力电子系统中的IGBT，现有的技术通常是通过直接测量其Vce,on，然后与老化特征数据库中同工况下的标准值进行对比分析，并结合相关算法进行状态监测和寿命预测。
但是由于生产技术和水平的限制，每个IGBT的个体之间都会有差异，就算是同型号的两个IGBT之间也会有很多细微的差别，在相同健康状态下，对应的Vce,on也是不一样的，所以使用固定数据库进行参数分析，会造成算法运算的误差，降低状态监测和寿命预测的准确性。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种自校正的IGBT健康监测方法解决了现有IGBT健康监测方法因个体差异造成监测准确性低的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
提供一种自校正的IGBT健康监测方法，其包括以下步骤：
S1、建立老化数据采集平台，对至少一个与目标IGBT同规格的IGBT进行老化试验，获取与目标IGBT相对应的初始参考数据库；初始参考数据库包括与目标IGBT同规格的IGBT在不同工作条件下的集电极与发射极间的电压；工作条件包括栅极与发射极间的栅电压和集电极电流；
S2、根据与目标IGBT相对应的初始参考数据库中的集电极与发射极间的电压数据建立初始老化特征数据库；
S3、至少测量一次目标IGBT在工作环境中的初始状态；初始状态包括栅极与发射极间的栅电压、集电极电流和集电极与发射极间的电压；
S4、将目标IGBT初始状态中的集电极与发射极间的电压和初始老化特征数据库中同工作条件下的集电极与发射极间的电压进行比较，得到若干个集电极与发射极间的电压差值；
S5、基于若干个集电极与发射极间的电压差值通过曲线拟合生成校正参数函数；
S6、采用校正参数函数对初始老化特征数据库进行校正，得到校正后的老化特征数据库；
S7、通过将目标IGBT的集电极与发射极间的电压与校正后的老化特征数据库中同工作条件下的集电极与发射极间的电压进行比较，完成IGBT的健康监测。
进一步地，老化数据采集平台包括驱动模块、电压采集模块、电流采集模块和信号处理模块；
驱动模块，用于给与目标IGBT同规格的IGBT提供驱动信号；
电压采集模块，用于采集与目标IGBT同规格的IGBT工作时集电极与发射极间的电压数据；
电流采集模块，用于采集与目标IGBT同规格的IGBT工作时的集电极电流数据；
信号处理模块，用于把采集到的与目标IGBT同规格的IGBT工作时集电极与发射极间的电压数据和集电极电流数据转换成数字信号。
进一步地，驱动模块包括型号为1ED020I12FA2的驱动芯片，型号为1ED020I12FA2的驱动芯片的OUT引脚为驱动信号输出引脚，IN+引脚为控制信号输入引脚。
进一步地，驱动信号输出引脚与目标IGBT同规格的IGBT之间还设置有电桥推挽电路。
进一步地，电压采集模块包括型号为IR25750LTRPBF的芯片，用于采集与目标IGBT同规格的IGBT的集电极与发射极间的电压数据；型号为IR25750LTRPBF的芯片的VSAM引脚为电压采集模块的信号输出引脚。
本发明的有益效果为：本发明考虑了IGBT个体差异对于Vce,on测量值分析产生的影响，建立了具有校正补偿性的参数函数模型，提高了电力电子系统中对于IGBT参数分析的准确性，减小了由于个体差异引起误差，为健康管理方面的研究提供了更高精度的数据基础。
附图说明
图1为本方法的流程示意图；
图2为驱动模块的电路示意图；
图3为IGBT及电压采集模块的电路示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，该自校正的IGBT健康监测方法包括以下步骤：
S1、建立老化数据采集平台，对至少一个与目标IGBT同规格的IGBT进行老化试验，获取与目标IGBT相对应的初始参考数据库；初始参考数据库包括与目标IGBT同规格的IGBT在不同工作条件下的集电极与发射极间的电压；工作条件包括栅极与发射极间的栅电压和集电极电流；
S2、根据与目标IGBT相对应的初始参考数据库中的集电极与发射极间的电压数据建立初始老化特征数据库；
S3、至少测量一次目标IGBT在工作环境中的初始状态；初始状态包括栅极与发射极间的栅电压、集电极电流和集电极与发射极间的电压；
S4、将目标IGBT初始状态中的集电极与发射极间的电压和初始老化特征数据库中同工作条件下的集电极与发射极间的电压进行比较，得到若干个集电极与发射极间的电压差值；
S5、基于若干个集电极与发射极间的电压差值通过曲线拟合生成校正参数函数；
S6、采用校正参数函数对初始老化特征数据库进行校正，得到校正后的老化特征数据库；
S7、通过将目标IGBT的集电极与发射极间的电压与校正后的老化特征数据库中同工作条件下的集电极与发射极间的电压进行比较，完成IGBT的健康监测。
老化数据采集平台包括驱动模块、电压采集模块、电流采集模块和信号处理模块；
驱动模块，用于给与目标IGBT同规格的IGBT提供驱动信号；
电压采集模块，用于采集与目标IGBT同规格的IGBT工作时集电极与发射极间的电压数据；
电流采集模块，用于采集与目标IGBT同规格的IGBT工作时的集电极电流数据；
信号处理模块，用于把采集到的与目标IGBT同规格的IGBT工作时集电极与发射极间的电压数据和集电极电流数据转换成数字信号。
如图2所示，驱动模块包括型号为1ED020I12FA2的驱动芯片，型号为1ED020I12FA2的驱动芯片的OUT引脚为驱动信号输出引脚，IN+引脚为控制信号输入引脚。驱动信号输出引脚与目标IGBT同规格的IGBT之间还设置有电桥推挽电路。INT为驱动模块的输入，由信号处理及控制模块进行控制；OUT为驱动模块的输出，给IGBT电路提供驱动信号；QA01为隔离电源(隔离强弱电、稳压、保护电路等作用)，给驱动模块的输出提供电源支持。1ED020I12FA2为驱动芯片，根据INT输入的信号输出相应的数字信号；T1、T2、T3、T4组成电桥推挽电路，通过驱动芯片的输出来控制桥选的信号，进行推挽输出，采样两组电桥可以增加信号的推挽输出能力；R1下拉电阻，当INT输入为低电平时，进行下拉输入；R2、R3可以在驱动芯片输出为低电平的时候，进一步拉低电压，防止电桥电路对于低电平输入信号的错误识别；其余电容可以消除电源与地之间的噪声，以到达滤波的目的。
如图3所示，电压采集模块包括型号为IR25750LTRPBF的芯片，用于采集与目标IGBT同规格的IGBT的集电极与发射极间的电压数据；型号为IR25750LTRPBF的芯片的VSAM引脚为电压采集模块的信号输出引脚。OUT接驱动模块的输出；Q1为IGBT；R5为高精度的分流电阻，可以用于采集电流；IR25750LTRPBF为电压采集芯片，用于对IGBT的Vce的采集，VSAM为该芯片的输出；INA240A1EDRQ1可以用于对IGBT的Ic的采集，并通过ISAM进行输出；PGND为对应400V(可根据IGBT的型号确定功率电源)的功率电源的地端；R6为大功率电阻，承担电路中的主要压降，模拟电力电子系统中的大功率设备；D1为二极管，防止IGBT反向击穿；L1为电感，使IGBT关断时的电流缓慢释放；R7、C19组成吸收电路，降低IGBT关断瞬间的电压，防止IGBT关断时被击穿。
在具体实施过程中，对该电力电子系统中某一工作状态下的IGBT进行状态监测或寿命预测时，测量该状态下的集电极与发射极间的电压，并与得到的该IGBT特有的数据库中对应参数值进行对比分析，结合机器学习的相关算法，获得器件此时健康状况(主要是指剩余寿命)。
综上所述，本发明考虑了IGBT个体差异对于Vce,on测量值分析产生的影响，建立了具有校正补偿性的参数函数模型，提高了电力电子系统中对于IGBT参数分析的准确性，减小了由于个体差异引起误差，为健康管理方面的研究提供了更高精度的数据基础。

Claims (5)

1.一种自校正的IGBT健康监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立老化数据采集平台，对至少一个与目标IGBT同规格的IGBT进行老化试验，获取与目标IGBT相对应的初始参考数据库；初始参考数据库包括与目标IGBT同规格的IGBT在不同工作条件下的集电极与发射极间的电压；工作条件包括栅极与发射极间的栅电压和集电极电流；
S2、根据与目标IGBT相对应的初始参考数据库中的集电极与发射极间的电压数据建立初始老化特征数据库；
S3、至少测量一次目标IGBT在工作环境中的初始状态；初始状态包括栅极与发射极间的栅电压、集电极电流和集电极与发射极间的电压；
S4、将目标IGBT初始状态中的集电极与发射极间的电压和初始老化特征数据库中同工作条件下的集电极与发射极间的电压进行比较，得到若干个集电极与发射极间的电压差值；
S5、基于若干个集电极与发射极间的电压差值通过曲线拟合生成校正参数函数；
S6、采用校正参数函数对初始老化特征数据库进行校正，得到校正后的老化特征数据库；
S7、通过将目标IGBT的集电极与发射极间的电压与校正后的老化特征数据库中同工作条件下的集电极与发射极间的电压进行比较，完成IGBT的健康监测。
2.根据权利要求1所述的自校正的IGBT健康监测方法，其特征在于，所述老化数据采集平台包括驱动模块、电压采集模块、电流采集模块和信号处理模块；
所述驱动模块，用于给与目标IGBT同规格的IGBT提供驱动信号；
所述电压采集模块，用于采集与目标IGBT同规格的IGBT工作时集电极与发射极间的电压数据；
所述电流采集模块，用于采集与目标IGBT同规格的IGBT工作时的集电极电流数据；
所述信号处理模块，用于把采集到的与目标IGBT同规格的IGBT工作时集电极与发射极间的电压数据和集电极电流数据转换成数字信号。
3.根据权利要求2所述的自校正的IGBT健康监测方法，其特征在于，所述驱动模块包括型号为1ED020I12FA2的驱动芯片，所述型号为1ED020I12FA2的驱动芯片的OUT引脚为驱动信号输出引脚，IN+引脚为控制信号输入引脚。
4.根据权利要求3所述的自校正的IGBT健康监测方法，其特征在于，所述驱动信号输出引脚与目标IGBT同规格的IGBT之间还设置有电桥推挽电路。
5.根据权利要求2所述的自校正的IGBT健康监测方法，其特征在于，所述电压采集模块包括型号为IR25750LTRPBF的芯片，用于采集与目标IGBT同规格的IGBT的集电极与发射极间的电压数据；所述型号为IR25750LTRPBF的芯片的VSAM引脚为电压采集模块的信号输出引脚。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111953195A (zh) * 2020-09-16 2020-11-17 中国科学院深海科学与工程研究所 一种应用于水下的功率电源保护和电流检测的电路
CN112444711A (zh) * 2020-12-09 2021-03-05 电子科技大学 一种基于电磁辐射的igbt并行系统健康评估方法
CN112485630A (zh) * 2020-11-26 2021-03-12 电子科技大学 一种基于参量变换的igbt健康状态监测方法
CN112485632A (zh) * 2020-12-09 2021-03-12 电子科技大学 一种基于伏安关系变化的igbt健康评估系统及方法
CN112485629A (zh) * 2020-11-26 2021-03-12 电子科技大学 一种基于谐波分析的igbt变换器健康评估方法
CN112699579A (zh) * 2020-12-09 2021-04-23 电子科技大学 一种基于有限元仿真的igbt状态监测方法
CN113884851A (zh) * 2021-10-26 2022-01-04 电子科技大学 一种基于开尔文发射极电压变化的igbt健康监测方法
CN114740327A (zh) * 2022-06-10 2022-07-12 江苏东海半导体股份有限公司 Igbt模块状态监测方法及装置
US20220236756A1 (en) * 2021-01-22 2022-07-28 Wuhan University Method and system for online correction of junction temperatures of igbt in photovoltaic inverter considering aging process
CN118444123A (zh) * 2024-07-08 2024-08-06 电子科技大学 基于杂散电感与集射电压的igbt故障诊断方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024014251A1 (ja) * 2022-07-14 2024-01-18 東京エレクトロン株式会社 情報処理方法、情報処理システム及びコンピュータプログラム
CN117406059B (zh) * 2023-12-15 2024-04-12 国网天津市电力公司电力科学研究院 功率开关管风险定位方法及装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10014269A1 (de) * 2000-03-22 2001-10-04 Semikron Elektronik Gmbh Halbleiterbauelement zur Ansteuerung von Leistungshalbleiterschaltern
JP4205695B2 (ja) * 2005-05-30 2009-01-07 株式会社リコー 電流制限回路及びボルテージレギュレータ
CN101285848B (zh) * 2008-05-28 2010-06-02 炬力集成电路设计有限公司 一种校正和获取参考电压的方法和装置
CN105158670B (zh) * 2015-10-13 2018-04-17 中国人民解放军海军工程大学 基于集电极漏电流的igbt健康状态监测方法
CN109188232B (zh) * 2018-09-06 2021-04-27 河北工业大学 一种igbt模块状态评估与剩余寿命预测模型的构建方法
CN110501625B (zh) * 2019-09-12 2024-03-08 荣信汇科电气股份有限公司 一种igbt饱和管压降在线测量电路

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111953195A (zh) * 2020-09-16 2020-11-17 中国科学院深海科学与工程研究所 一种应用于水下的功率电源保护和电流检测的电路
CN112485630A (zh) * 2020-11-26 2021-03-12 电子科技大学 一种基于参量变换的igbt健康状态监测方法
CN112485629A (zh) * 2020-11-26 2021-03-12 电子科技大学 一种基于谐波分析的igbt变换器健康评估方法
CN112444711A (zh) * 2020-12-09 2021-03-05 电子科技大学 一种基于电磁辐射的igbt并行系统健康评估方法
CN112485632A (zh) * 2020-12-09 2021-03-12 电子科技大学 一种基于伏安关系变化的igbt健康评估系统及方法
CN112699579A (zh) * 2020-12-09 2021-04-23 电子科技大学 一种基于有限元仿真的igbt状态监测方法
US20220236756A1 (en) * 2021-01-22 2022-07-28 Wuhan University Method and system for online correction of junction temperatures of igbt in photovoltaic inverter considering aging process
US11579644B2 (en) * 2021-01-22 2023-02-14 Wuhan University Method and system for online correction of junction temperatures of IGBT in photovoltaic inverter considering aging process
CN113884851A (zh) * 2021-10-26 2022-01-04 电子科技大学 一种基于开尔文发射极电压变化的igbt健康监测方法
CN114740327A (zh) * 2022-06-10 2022-07-12 江苏东海半导体股份有限公司 Igbt模块状态监测方法及装置
CN118444123A (zh) * 2024-07-08 2024-08-06 电子科技大学 基于杂散电感与集射电压的igbt故障诊断方法

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