开关器件老化等效方法技术

本发明专利技术涉及开关器件老化实验技术领域，公开了一种开关器件老化等效方法，包括采用不同的等效算法对开关器件的调制参数进行迭代优化；计算在每次迭代中开关器件在电流型老化实验中的总损耗；以电流型、电压型两种老化实验下开关器件的总损耗差值的最小值作为目标函数，寻找开关器件的调制参数的最优解。将本发明专利技术提供的开关器件老化等效方法应用于电流型老化实验时，采用不同的等效算法确定电流型老化方法的最优控制策略，从而可以保证电流型老化方法能够达到与电压型老化方法同样的老化效果。同时，电流型老化方法可以反映实际负荷工况下的IGBT模块的老化进程和剩余使用寿命，并保证针对开关器件的老化实验更简单、成本更低、运行可靠性更高。运行可靠性更高。运行可靠性更高。

【技术实现步骤摘要】
开关器件老化等效方法


[0001]本专利技术涉及开关器件老化实验
，特别是涉及一种开关器件老化等效方法。

技术介绍

[0002]牵引变流器是列车的核心动力设备，而IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)又是牵引变流器中失效率较高的器件。研究IGBT器件的服役特性，了解其性能退化趋势，有利于制定合理的维修计划，避免造成过度维修从而产生不必要的成本浪费的问题。现今IGBT器件的可靠性分析、寿命预测多采用电压型空间矢量调制的IGBT老化实验装置和方法。电压型老化方法所采用的调制策略，其占空比、调制深度以及老化电流通常是固定不变的或只能小幅度变化，而在实际工作情况下器件的参数一直在大幅度变化。因此，电压型空间矢量调制的IGBT老化方法无法反映实际负荷工况下的IGBT模块的老化进程和剩余使用寿命。

技术实现思路

[0003]基于此，有必要针对电压型空间矢量调制的IGBT老化方法无法反映实际负荷工况下的IGBT模块的老化进程和剩余使用寿命的问题，提供一种开关器件老化等效方法。
[0004]一种开关器件老化等效方法，包括采用不同的等效算法对开关器件的调制参数进行迭代优化；计算在每次迭代中所述开关器件在电流型老化实验中的总损耗；以电流型、电压型两种老化实验下所述开关器件的总损耗差值的最小值作为目标函数，寻找所述开关器件的所述调制参数的最优解。
[0005]上述开关器件老化等效方法，采用不同的等效算法对开关器件的调制参数进行迭代优化，在每一次迭代中，计算开关器件在当前迭代获取的调制参数的条件下进行电流型老化实验时的总损耗，以电流型、电压型两种老化实验下所述开关器件的总损耗差值的最小值作为目标函数，寻找所述开关器件的所述调制参数的最优解。将本专利技术提供的开关器件老化等效方法应用于电流型老化实验时，采用不同的等效算法确定电流型老化方法的最优控制策略，从而可以保证电流型老化方法能够达到与电压型老化方法同样的老化效果。同时，电流型老化方法可以反映实际负荷工况下的IGBT模块的老化进程和剩余使用寿命，并保证针对开关器件的老化实验更简单、成本更低、运行可靠性更高。
[0006]在其中一个实施例中，所述采用不同的等效算法对开关器件的调制参数进行迭代优化包括在所述开关器件的开关周期尺度上，采用遗传算法对所述开关器件的调制参数进行迭代优化；在所述开关器件的调制波周期尺度上，采用粒子群算法对所述开关器件的调制参数进行迭代优化；在所述开关器件的运行周期尺度上，采用模拟退火算法对所述开关器件的调制参数进行迭代优化。
[0007]在其中一个实施例中，所述计算在每次迭代中所述开关器件在电流型老化实验中的总损耗包括计算所述电流型老化实验中所述开关器件在一个开关周期内的总损耗；计算
所述电流型老化实验中所述开关器件在一个调制波周期内的总损耗。
[0008]在其中一个实施例中，所述调制参数包括所述开关器件的开关频率、占空比和所述老化电流源输出的老化电流。
[0009]在其中一个实施例中，所述计算所述电流型老化实验中所述开关器件在一个开关周期内的总损耗包括对所述开关器件的静态曲线进行拟合，获取集射极电压与集电极电流的线性表达式；计算所述开关器件的在一个开关周期内通态损耗；获取开通、关断过程中所述开关器件的电压和电流的波形，并分段进行曲线拟合；对每段曲线的损耗进行积分，获取一次开关周期内的开关损耗；根据所述通态损耗和所述开关损耗，获取所述开关器件的在一个开关周期内的总损耗。
[0010]在其中一个实施例中，所述计算所述电流型老化实验中所述开关器件在一个调制波周期内的总损耗包括分别计算所述开关器件的在一个调制波周期内的通态损耗和开关损耗；根据所述通态损耗和所述开关损耗，获取所述开关器件的在一个调制波周期内的总损耗。
[0011]在其中一个实施例中，所述在所述开关器件的开关周期尺度上，采用遗传算法对所述开关器件的调制参数进行迭代优化包括初始化所述开关器件在所述电流型老化实验系统中的调制参数；根据所述开关器件的结温变化实时更新所述调制参数，并计算当前所述电流型老化实验系统中所述开关器件的总损耗；判断所述总损耗与预设总损耗的误差是否在预设误差范围内；若所述总损耗与预设总损耗的误差在预设误差范围内，则将当前的调制参数定义为最优解并输出；否则，对所述调制参数进行选择、变异的遗传操作并再次计算损耗，直至新的总损耗与预设总损耗的误差在预设误差范围内。
[0012]在其中一个实施例中，所述预设总损耗根据电压型老化实验系统的老化实验结果获取。
[0013]在其中一个实施例中，所述在所述开关器件的调制波周期尺度上，采用粒子群算法对所述开关器件的调制参数进行迭代优化包括根据所述遗传算法求解获取的解集合初始化粒子群；计算所述粒子群的适应度；判断所述适应度是否在误差范围内；若所述适应度在误差范围内，则将当前粒子群中的调制参数定义为最优解并输出；否则，更新所述粒子群的速度和位置产生新的粒子群，并再次计算新的粒子群的适应度，直至新的适应度在误差范围内。
[0014]在其中一个实施例中，所述在所述开关器件的运行周期尺度上，采用模拟退火算法对所述开关器件的调制参数进行迭代优化包括对调制参数和温度进行初始化，计算此时在一个列车周期内电流型、电压型两种老化实验下的总损耗差值；产生新的参数值组合，计算新的总损耗差值以及新的总损耗差值与前一次总损耗差值的差，获取判断值；将所述判断值与预设值进行比较；若所述判断值小于等于预设值，则将新的所述参数值组合作为下一次模拟的初始化数据；若所述判断值大于预设值，则计算新点接受概率；选择一个随机数，将所述新点接受概率与所述随机数进行比较；若所述新点接受概率大于等于随机数，则将新的所述参数值组合作为下一次模拟的初始化数据；否则放弃新的所述参数值组合，仍取原来的所述参数值组合作为下一次模拟的初始化数据。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本说明书实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为本专利技术其中一实施例的开关器件老化等效方法的方法流程示意图；
[0017]图2为本专利技术其中一实施例的选择等效算法的方法流程示意图；
[0018]图3为本专利技术其中一实施例的计算电流型老化实验中总损耗的方法流程示意图；
[0019]图4为本专利技术其中一实施例的计算一个开关周期内总损耗的方法流程示意图；
[0020]图5为本专利技术其中一实施例的计算一个调制波周期内总损耗的方法流程示意图；
[0021]图6为本专利技术其中一实施例的采用遗传算法进行迭代优化的方法流程示意图；
[0022]图7为本专利技术其中一实施例的采用粒子群算法进行迭代优化的方法流程示意图；
[0023]图8为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关器件老化等效方法，其特征在于，包括：采用不同的等效算法对开关器件的调制参数进行迭代优化；计算在每次迭代中所述开关器件在电流型老化实验中的总损耗；以电流型、电压型两种老化实验下所述开关器件的总损耗差值的最小值作为目标函数，寻找所述开关器件的所述调制参数的最优解。2.根据权利要求1所述的开关器件老化等效方法，其特征在于，所述采用不同的等效算法对开关器件的调制参数进行迭代优化包括：在所述开关器件的开关周期尺度上，采用遗传算法对所述开关器件的调制参数进行迭代优化；在所述开关器件的调制波周期尺度上，采用粒子群算法对所述开关器件的调制参数进行迭代优化；在所述开关器件的运行周期尺度上，采用模拟退火算法对所述开关器件的调制参数进行迭代优化。3.根据权利要求2所述的开关器件老化等效方法，其特征在于，所述计算在每次迭代中所述开关器件在电流型老化实验中的总损耗包括：计算所述电流型老化实验中所述开关器件在一个开关周期内的总损耗；计算所述电流型老化实验中所述开关器件在一个调制波周期内的总损耗。4.根据权利要求1所述的开关器件老化等效方法，其特征在于，所述调制参数包括所述开关器件的开关频率、占空比和所述老化电流源输出的老化电流。5.根据权利要求3所述的开关器件老化等效方法，其特征在于，所述计算所述电流型老化实验中所述开关器件在一个开关周期内的总损耗包括：对所述开关器件的静态曲线进行拟合，获取集射极电压与集电极电流的线性表达式；计算所述开关器件的在一个开关周期内通态损耗；获取开通、关断过程中所述开关器件的电压和电流的波形，并分段进行曲线拟合；对每段曲线的损耗进行积分，获取一次开关周期内的开关损耗；根据所述通态损耗和所述开关损耗，获取所述开关器件的在一个开关周期内的总损耗。6.根据权利要求3所述的开关器件老化等效方法，其特征在于，所述计算所述电流型老化实验中所述开关器件在一个调制波周期内的总损耗包括：分别计算所述开关器件的在一个调制波周期内的通态损耗和开关损耗；根据所述通态损耗和所述开关损耗，获取所述开关器件的在一个调制波周期内的总损耗。7.根据权利要求2所述的开关器件老化等效方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟苓辉，周振威，陈义强，陈媛，贺致远，何世烈，刘俊斌，时林林，俞鹏飞，
申请(专利权)人：中国电子产品可靠性与环境试验研究所工业和信息化部电子第五研究所中国赛宝实验室，
类型：发明
国别省市：