CN114035010A - 飞机电力载波芯片的mosfet特征参数在线监测平台及提取方法 - Google Patents

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郑永龙
胡伟
王洪涛
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明涉及飞机航电系统器件可靠性分析技术领域，具体为飞机电力载波芯片的MOSFET特征参数在线监测平台及提取方法，监测平台，包括驱动控制模块、电力载波芯片模块、上位机、PC端、电源，所述驱动控制模块、电力载波芯片模块分别与待测MOSFET连接，所述上位机与电力载波芯片模块连接，所述PC端与上位机连接，所述电源分别与驱动控制模块、待测MOSFET、电力载波芯片模块、上位机、PC端连接。与现有技术相比，本发明通过采用电力载波芯片模块对MOSFET的特征参数进行在线监测和提取，实现了实时观测特征参数变化以及对MOSFET的健康状态评估，预测剩余使用寿命，实现了对退化或故障部位的准确定位并及时维护或更换。

Description

飞机电力载波芯片的MOSFET特征参数在线监测平台及提取 方法
技术领域
本发明涉及飞机航电系统器件可靠性分析技术领域，具体为飞机电力载波芯片的MOSFET特征参数在线监测平台及提取方法。
背景技术
作为电能变换与控制中核心部件的电力电子器件，MOSFET的可靠性也成为决定整个变换装置安全运行的最重要因素，如果能够对MOSFET的特征参数进行在线提取和监测，对MOSFET的健康状态进行评估，及时进行维修和替换，将大大提高电源系统的可靠性、可用性和维修性。因此，电力电子器件在线提取技术越来越受到重视。
而现有的MOSFET的特征参数提取技术均是基于离线提取，无法对正常运行时的MOSFET进行特征参数在线监测和提取，只能够通过离线的MOSFET全寿命范围内可靠性实验进行提取特征参数，从而建立基于特征参数的寿命预测模型。无法实时观测特征参数变化，以及对MOSFET的健康状态评估。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了飞机电力载波芯片的MOSFET特征参数在线监测平台及提取方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
飞机电力载波芯片的MOSFET特征参数在线监测平台，包括驱动控制模块、电力载波芯片模块、上位机、PC端、电源，所述驱动控制模块、电力载波芯片模块分别与待测MOSFET连接，所述上位机与电力载波芯片模块连接，所述PC端与上位机连接，所述电源分别与驱动控制模块、待测MOSFET、电力载波芯片模块、上位机、PC端连接。
优选的，所述驱动控制模块用于控制输出MOSFET的驱动信号，以及调节MOSFET的导通时间和关闭时间。
优选的，所述电力载波芯片模块用于采集MOSFET的特征参数数据，以及调节采集频率。
优选的，所述上位机用于处理提取到的特征参数数据，所述PC端用于显示处理后的特征参数数据。
应用飞机电力载波芯片的MOSFET特征参数在线监测平台的提取方法，具体步骤如下：
第一步：通过电源为驱动控制模块、电力载波芯片模块、上位机和PC端供电；
第二步：驱动控制模块输出MOSFET驱动信号，使驱动MOSFET的VGS呈导通状态，导通时间为6秒，6秒后，驱动控制模块输出MOSFET关闭信号，关闭时间为3秒，形成导通6秒关闭3秒的功率循环周期；
第三步：每20个功率循环周期，电力载波芯片模块均会对MOSFET导通状态时的VGS、ID、VDS参数数据进行采样提取，直至MOSFET损坏，且每次采样提取后均会将特征参数数据上传到上位机中，后通过PC端上进行显示；
第四步：在PC端中建立特征参数数据库并添加采集到的特征参数数据；
第五步：将采集到的特征参数数据和历史数据对比，以及将采集到的特征参数数据放入可靠性模型中进行计算，对MOSFET进行健康状态评估并在PC端上显示。
进一步地，第二步中MOSFET的VGS导通后的初始时刻，电力载波芯片模块采集MOSFET的VGS特征参数数据，导通第6秒时，电力载波芯片模块采集MOSFET的ID、VDS特征参数数据。
进一步地，第三步中电力载波芯片模块通过SPI或者I2C的通讯方式将采集到的特征参数数据上传到上位机中。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明通过采用电力载波芯片模块对MOSFET的特征参数进行在线监测和提取，使得在线提取的特征参数数据用于寿命预测建模、特征参数数据库更新中，实现了实时观测特征参数变化以及对MOSFET的健康状态评估，预测剩余使用寿命，实现了对退化或故障部位的准确定位并及时维护或更换，保证了设备能够在预测的寿命范围内完成预期功能，切实保障了系统的可靠性与安全性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明的逻辑框图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及实施例对本发明进一步阐述。
如图1至图2所示，飞机电力载波芯片的MOSFET特征参数在线监测平台，包括驱动控制模块、电力载波芯片模块、上位机、PC端以及电源。
所述驱动控制模块能够调节MOSFET驱动信号，输出一个可控的PWM驱动控制信号，实现MOSFET以固定的频率开关，进行一定占空下的功率循环。调节驱动控制模块的驱动信号，可以改变PWM波的占空比和频率，进行功率循环和模拟真实运行状态。使用时，所述驱动控制模块与待测MOSFET连接。
所述电力载波芯片模块具有多通道ADC采样，可以同时采集MOSFET的导通电压、导通电阻等多个特征参数。所述电力载波芯片模块还具有SPI、I2C等多种通讯方式，可以将采集到的MOSFET特征参数上传至上位机中。在所述驱动控制模块驱动MOSFET后，所述电力载波芯片模块对MOSFET的栅极和源极电压进行采集，得到MOSFET的导通电压特征参数数据。利用电力载波芯片模块对漏源极电压特征参数数据和导通电流特征参数数据进行采集，可以得到导通电流的特征参数数据。在MOSFET运行中即可对栅源极间的导通电压以及漏源极之间的导通电流进行在线监测和提取。使用时，所述电力载波芯片模块与待测MOSFET连接。此外，所述电力载波芯片模块还能够调整采集频率。
本发明中，通过电力载波芯片模块采集提取到的MOSFET特征参数数据能够上传至上位机中，且能够在PC端上显示。用以解决现有技术中在线监测和显示MSOFET特征参数的问题，可以实时监测MOSFET特征参数变化以及健康状态评估，及时有效的确定故障位置和故障状态，解决了MOSFET特征参数需要离线测试带来的不便以及在运行中不能实时监测MOSFET特征参数变化存在的隐患。同时在线提取的特征参数数据可以用于数据库的建设，不断增加数据库的量，对于基于数据预测MOSFET健康状态可靠性和准确性有进一步的提高。使用时，所述上位机分别与电力载波芯片模块、PC端连接。
应用飞机电力载波芯片的MOSFET特征参数在线监测平台的提取方法，具体步骤如下：
第一步：通过电源为驱动控制模块、电力载波芯片模块、上位机和PC端供电。
第二步：驱动控制模块输出MOSFET驱动信号，使驱动MOSFET的VGS呈导通状态，导通时间为6秒，6秒后，驱动控制模块输出MOSFET关闭信号，关闭时间为3秒，形成导通6秒关闭3秒的功率循环周期。
具体的，MOSFET的VGS导通后的初始时刻，电力载波芯片模块采集MOSFET的VGS特征参数数据，导通第6秒时，电力载波芯片模块采集MOSFET的ID、VDS特征参数数据。此外，待测MOSFET的导通时间和关闭时间可以通过驱动控制模块进行调节，从而实现不同开关周期的功率循环周期。
第三步：每20个功率循环周期，电力载波芯片模块均会对MOSFET导通状态时的VGS、ID、VDS参数数据进行采样提取，直至MOSFET损坏，且每次采样提取后均会将特征参数数据上传到上位机中，后通过PC端上进行显示。
具体的，所述电力载波芯片模块能够通过SPI或者I2C的通讯方式将采集到的特征参数数据上传到上位机中。
第四步：在PC端中建立特征参数数据库并添加采集到的特征参数数据。
第五步：将采集到的特征参数数据和历史数据对比，以及将采集到的特征参数数据放入可靠性模型中进行计算，对MOSFET进行健康状态评估并在PC端上显示。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.飞机电力载波芯片的MOSFET特征参数在线监测平台，其特征在于：包括驱动控制模块、电力载波芯片模块、上位机、PC端、电源，所述驱动控制模块、电力载波芯片模块分别与待测MOSFET连接，所述上位机与电力载波芯片模块连接，所述PC端与上位机连接，所述电源分别与驱动控制模块、待测MOSFET、电力载波芯片模块、上位机、PC端连接。
2.根据权利要求1所述的飞机电力载波芯片的MOSFET特征参数在线监测平台，其特征在于：所述驱动控制模块用于控制输出MOSFET的驱动信号，以及调节MOSFET的导通时间和关闭时间。
3.根据权利要求1所述的飞机电力载波芯片的MOSFET特征参数在线监测平台，其特征在于：所述电力载波芯片模块用于采集MOSFET的特征参数数据，以及调节采集频率。
4.根据权利要求1所述的飞机电力载波芯片的MOSFET特征参数在线监测平台，其特征在于：所述上位机用于处理提取到的特征参数数据，所述PC端用于显示处理后的特征参数数据。
5.应用权利要求1至4中任一项所述的飞机电力载波芯片的MOSFET特征参数在线监测平台的提取方法，其特征在于：具体步骤如下：
第一步：通过电源为驱动控制模块、电力载波芯片模块、上位机和PC端供电；
第二步：驱动控制模块输出MOSFET驱动信号，使驱动MOSFET的VGS呈导通状态，导通时间为6秒，6秒后，驱动控制模块输出MOSFET关闭信号，关闭时间为3秒，形成导通6秒关闭3秒的功率循环周期；
第三步：每20个功率循环周期，电力载波芯片模块均会对MOSFET导通状态时的VGS、ID、VDS参数数据进行采样提取，直至MOSFET损坏，且每次采样提取后均会将特征参数数据上传到上位机中，后通过PC端上进行显示；
第四步：在PC端中建立特征参数数据库并添加采集到的特征参数数据；
第五步：将采集到的特征参数数据和历史数据对比，以及将采集到的特征参数数据放入可靠性模型中进行计算，对MOSFET进行健康状态评估并在PC端上显示。
6.根据权利要求5所述的飞机电力载波芯片的MOSFET特征参数在线监测平台的提取方法，其特征在于：第二步中MOSFET的VGS导通后的初始时刻，电力载波芯片模块采集MOSFET的VGS特征参数数据，导通第6秒时，电力载波芯片模块采集MOSFET的ID、VDS特征参数数据。
7.根据权利要求5所述的飞机电力载波芯片的MOSFET特征参数在线监测平台的提取方法，其特征在于：第三步中电力载波芯片模块通过SPI或者I2C的通讯方式将采集到的特征参数数据上传到上位机中。
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