CN112485631A - 一种基于噪声反射的igbt健康状态监测方法 - Google Patents

一种基于噪声反射的igbt健康状态监测方法 Download PDF

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CN112485631A
CN112485631A CN202011461806.2A CN202011461806A CN112485631A CN 112485631 A CN112485631 A CN 112485631A CN 202011461806 A CN202011461806 A CN 202011461806A CN 112485631 A CN112485631 A CN 112485631A
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伍伟
李岩松
古湧乾
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/2642—Testing semiconductor operation lifetime or reliability, e.g. by accelerated life tests

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Abstract

本发明公开了一种基于噪声反射的IGBT健康状态监测方法，其包括以下步骤：S1、搭建数据采集平台；S2、采集与目标IGBT同规格的IGBT在不同健康状况下的反射信号幅值；S3、根据采集到的数据建立一个目标IGBT健康状况与反射信号幅值关系的数据库；S4、监测目标IGBT的反射信号幅值，在建立的数据库中进行比对，判断IGBT的健康状况。本发明采用时域反射技术对IGBT的健康状态进行监测。提供了一种新型的IGBT健康状态监测方法，相较传统的基于电信号的IGBT健康状态监测方法，具有更安全、噪声更小更精确、成本更低，测试难度低的优点。

Description

一种基于噪声反射的IGBT健康状态监测方法
技术领域
本发明涉及半导体领域，具体涉及一种基于噪声反射的IGBT健康状态监测方法。
背景技术
高功率变换器是电力电子系统的关键元件，大量运用于工业电力系统、传输系统设备、冷却装置、电动汽车、飞机、船舶、军事应用等支柱产业。我们的日常生活以及社会活动都离不开功率变换器的正常运行。因此，功率变换器的可靠性极为重要，需要对其健康状态进行准确估计。
高功率变换器中最常用的电力电子器件是绝缘栅双极结晶体管(Insulate GateBipolar Transistor，IGBT)，也是整个电力转换电路中最容易发生故障的部件。
目前，针对电力电子器件的健康监测主要是通过监测其电参数变化来实现的。但是，部分电参数的提取十分困难，并且往往需要在变换器中添加额外的电路。这无疑造成变换器成本的增加以及可靠性的下降，故亟需寻找一种更加安全可靠、低成本的IGBT健康状态监测方法。
发明内容
针对IGBT健康状态的监测需求，本发明提供了一种基于噪声反射的IGBT健康状态监测方法。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
提供一种基于噪声反射的IGBT健康状态监测方法，包括以下步骤：
S1、搭建数据采集平台；
S2、采集与目标IGBT同规格的IGBT在不同健康状况下的反射信号幅值；
S3、根据采集到的数据建立一个目标IGBT健康状况与反射信号幅值关系的数据库；
S4、检测目标IGBT的反射信号幅值，在建立的数据库中进行比对，判断IGBT的健康状况。
进一步地，步骤S1中的测试平台如图2所示，在与目标IGBT同规格的IGBT的栅极和发射极注入二进制伪随机噪声并将反射信号存储并发送至控制器进行分析。
进一步地，步骤S2中，噪声频率在12MHz以下，噪声反射信号提取点为IGBT的栅极和发射极两点。
进一步地，步骤S2中，使用功率循环的方法加速IGBT的老化来改变IGBT的健康状态。
进一步地，本方案通过发射二进制伪随机噪声信号并接收反射信号，由信号反射后的幅值变化来描述信号传播时所通过介质变化。反射信号的幅值定义为：
Figure BDA0002824519000000021
其中，Vincident为注入噪声信号幅值，Vreflected为反射信号幅值。
本发明的有益效果为：本发明提供了一种基于噪声反射的新型IGBT健康状态进行监测方法。传统基于电信号的IGBT健康状态监测方法，电信号的测量条件苛刻，测试成本高。相较之下，本方法更安全、噪声更小更精确、成本更低，且具有更低的测量难度。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为测试平台框图。
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，该基于噪声反射的IGBT健康状态监测方法包括以下步骤：
S1、搭建数据采集平台；
S2、采集与目标IGBT同规格的IGBT在不同健康状况下的反射信号幅值；
S3、根据采集到的数据建立一个目标IGBT健康状况与反射信号幅值关系的数据库；
S4、检测目标IGBT的反射信号幅值，在建立的数据库中进行比对，判断IGBT的健康状况。
步骤S1中的测试平台如图2所示，在与目标IGBT同规格的IGBT的栅极和发射极注入二进制伪随机噪声并将反射信号存储发送至控制器进行分析。
步骤S2中，噪声频率在12MHz以下，噪声反射信号提取点为IGBT的栅极和发射极两点。
步骤S2中，使用功率循环的方法加速IGBT的老化来改变IGBT的健康状态。
反射信号的幅值定义为：
Figure BDA0002824519000000041
其中，Vincident为注入噪声信号幅值，Vreflected为反射信号幅值。
在本发明的一个实施例中对步骤S2获取的数据进行分析。得到IGBT健康状态与反射信号幅值的关系：随着IGBT不断老化，栅极和发射极间测得的反射信号幅值将减小。如在一次实施例中，反射信号幅值由IGBT健康时的4788减小至IGBT失效时的4566，变化了4.63％。根据该关系建立S3所述数据库，对IGBT的健康状态进行评估。
综上所述，本发明可以实现高精度的IGBT健康状态监测。本发明提出的基于噪声反射的新型IGBT健康状态监测方法，相较传统的基于电信号的IGBT健康状态监测方法，具有更安全、噪声更小更精确、成本更低，测试难度低的优点。

Claims (4)

1.一种基于噪声反射的IGBT健康状态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、搭建数据采集平台；
S2、采集与目标IGBT同规格的IGBT在不同健康状况下的反射信号幅值；
S3、根据采集到的数据建立一个目标IGBT健康状况与反射信号幅值关系的数据库；
S4、检测目标IGBT的反射信号幅值，在建立的数据库中进行比对，判断IGBT的健康状况。
2.根据权利要求1所述的基于噪声反射的IGBT健康状态监测方法，其特征在于，在与目标IGBT同规格的IGBT的栅极和发射极注入二进制伪随机噪声，并将反射信号存储并发送至控制器进行分析。
3.根据权利要求1所述的基于噪声反射的IGBT健康状态监测方法，其特征在于，步骤S2中，噪声频率在12MHz以下，反射信号提取点为IGBT的栅极和发射极两点。
4.根据权利要求1所述的基于噪声反射的IGBT健康状态监测方法，其特征在于，步骤S2中，反射信号的幅值定义为，
根据公式：
Figure FDA0002824518990000011
其中，Vincident为注入噪声信号幅值，Vreflected为反射信号幅值。
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