【技术实现步骤摘要】
基于结温归一化的逆变器IGBT老化在线监测方法及系统
本专利技术属于电力电子设备核心器件可靠性领域，更具体地，涉及一种基于结温归一化的逆变器IGBT键合线老化在线监测方法及系统。
技术介绍
目前，逆变器在新能源发电、交通运输及工业自动化等领域得到了越来越广泛的应用。绝缘栅双极型晶体管(insulatedgatebipolartransistor，IGBT)模块是功率变流器的核心器件，其健康状态影响功率变换器的安全可靠运行。据统计，IGBT、MOSFET等功率半导体器件是逆变器中最脆弱的器件，占据了逆变器失效原因的30％以上。逆变器的工作环境复杂、开关频率高，IGBT在工作过程中经受大量的热应力、过电压、过电流等冲击导致其失效。IGBT的失效主要可以分为两类：封装失效和芯片失效。封装失效是由于热应力冲击导致的，IGBT内部材料热膨胀系数不同将导致其内部结构热应力受力不均匀，导致键合线、焊料层常常因此受到损伤。芯片失效是由于过电压、过电流等电气过应力导致。芯片失效与模块瞬时的工作状态有关，属于突发性失效很难预见，而IGB...
【技术保护点】
1.一种基于结温归一化的逆变器IGBT键合线老化在线监测方法，其特征在于，包括：/n(1)结合IGBT键合线的老化机理，建立老化模型；/n(2)选择老化及结温的特征参数，结合老化模型推导特征识别式，并对逆变器IGBT模块进行温度偏移参数识别；/n(3)基于集射极饱和压降采样电路，捕获集射极饱和压降随集电极电流而变化的全周期采样波形；/n(4)基于全周期采样波形获得特征参数进行状态监测，并通过结温归一化消除结温对于状态监测的干扰，并将归一化后的特征参数值作为老化指标；/n(5)在逆变器运行过程中，对比IGBT老化指标与老化阈值实时判断老化状态，并据此触发逆变器IGBT失效预警。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于结温归一化的逆变器IGBT键合线老化在线监测方法，其特征在于，包括：
(1)结合IGBT键合线的老化机理，建立老化模型；
(2)选择老化及结温的特征参数，结合老化模型推导特征识别式，并对逆变器IGBT模块进行温度偏移参数识别；
(3)基于集射极饱和压降采样电路，捕获集射极饱和压降随集电极电流而变化的全周期采样波形；
(4)基于全周期采样波形获得特征参数进行状态监测，并通过结温归一化消除结温对于状态监测的干扰，并将归一化后的特征参数值作为老化指标；
(5)在逆变器运行过程中，对比IGBT老化指标与老化阈值实时判断老化状态，并据此触发逆变器IGBT失效预警。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由建立老化模型，其中，V0和R0分别是在参考结温Tj0下IGBT芯片的饱和压降及IGBT模块通态阻值；k1和k2分别是V0和R0的温度偏移系数，Vce_on是集射极饱和压降，Ic是集电极电流，Tj是实时结温，项1对应k1(Tj-Tj0)，项2对应[R0+k2(Tj-Tj0)]·Ic。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括：
(2.1)在集电极电流Ic远小于结点电流Iint的情况下，忽略老化模型中的项2，称此时的Vce_on为Vce_L，其中，Vce_L的特征识别式为Vce_L＝V0-k1(Tj-Tj0)，并将Vce_L作为IGBT结温的特征参数；
(2.2)在Ic远大于Iint的情况下，老化模型中的项1远小于项2，忽略项1，称此时的Vce_on为Vce_H，且Vce_H的特征识别式为Vce_H＝V0+[R0+ΔRBW+k2(Tj-Tj0)]·Ic，当IGBT键合线损伤时，随之产生的通态阻值变化ΔRBW将引起Vce_H的显著变化，将Vce_H作为IGBT键合线老化的特征参数；
(2.3)使用Vce_L的特征识别式和Vce_H的特征识别式进行参数识别得到温度偏移参数k1、k2。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，上桥臂IGBT的集射极饱和压降采样电路包括：第一耗尽型MOSFET、第一电阻、第二电阻、第二耗尽型MOSFET、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第一运算放大器、第五电阻、第六电阻、第七电阻及第八电阻；
第一耗尽型MOSFET的漏极连接上桥臂IGBT中的集电极端，第一耗尽型MOSFET的源极连接第一电阻的一端，第一耗尽型MOSFET的栅极连接第二电阻的一端，第一电阻的另一端与第二电阻的另一端连接后，与第二耗尽型MOSFET的漏极连接，第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第五电阻、第六电阻、第七电阻及第一运算放大器组成二阶RC滤波电路，...
【专利技术属性】
技术研发人员：何怡刚，王传坤，王枭，李猎，张威威，陈铭芸，刘小燕，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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