一种在线实现IGBT老化水平和结温解耦的辨识装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种在线实现IGBT老化水平和结温解耦的辨识装置及方法。本发明专利技术首先提供一种基于参量扫描检测实现在线辨识IGBT老化水平和结温的装置及其工作方式，其次提供一种基于参量扫描检测实现解耦结温的IGBT老化水平辨识方法，再次提供一种基于参量扫描检测实现计及老化水平影响的IGBT结温辨识方法。计及老化水平影响的IGBT结温辨识方法。计及老化水平影响的IGBT结温辨识方法。

【技术实现步骤摘要】
一种在线实现IGBT老化水平和结温解耦的辨识装置及方法


[0001]本专利技术涉及绝缘栅双极晶体管(IGBT)领域，具体说是一种在线实现IGBT老化水平和结温解耦的辨识及其方法。

技术介绍

[0002]目前，对于牵引变流系统中以IGBT为代表的大功率开关器件老化状态和结温监测、故障诊断、寿命预测来说存在着诸多问题。面临的主要问题有三点：首先，对于在牵引变流系统实际运行过程中，对IGBT进行在线的结温和老化水平观测，需要在不影响既有的驱动开关和保护动作的前提下完成，当前在试验过程中实现对IGBT结温进行观测，大部分方法需要对IGBT模块进行拆解；其次，结温不仅与变化的集电极电流、导通压降等工况参量相关，IGBT的老化状态也会对结温曲线产生影响，实现对影响结温的不同参量之间进行解耦，才能对结温进行更加准确的观测；最后，IGBT老化状态的观测同时要考虑结温的影响，而对结温进行观测又要首先明确老化状态，两者之间相互影响，相互耦合，给IGBT老化状态的准确评估带来了难度。本专利所解决的问题，就是在不影响既有驱动板卡工作的情况下，通过本专利所述的装置及其方法实现在线IGBT结温和老化水平的监测。基于扫描检测方式，在将结温参量进行解耦的条件下对IGBT的老化状态进行评估，同时将评估出的老化程度结果反作用于IGBT的结温辨识过程中，实现计及IGBT老化状态的结温观测，提高结温辨识的准确度。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种在线实现IGBT老化水平和结温解耦的辨识装置。<br/>[0004]本专利技术所述在线实现在线辨识IGBT老化水平及结温装置，能够通过参量扫描检测完成对IGBT的驱动保护、IGBT导通压降以及FWD正向压降检测、IGBT集电极电流检测以及对IGBT进行在线老化评估和结温辨识。
[0005]为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0006]解耦状态的IGBT老化水平和结温在线辨识装置，包括供电与电源管理模块，其特征在于：还包括电压调理模块、ARM芯片、CPLD芯片、AD采样芯片、IGBT驱动保护模块、IGBT驱动模块二次侧连接器接口电路；
[0007]CPLD芯片通过两条光纤与IGBT驱动保护模块连接，CPLD芯片与ARM芯片连接；CPLD芯片处理接收到的驱动脉冲后将脉冲输送至驱动保护模块驱动IGBT，并接收驱动保护模块发来的状态输出信号，同时将该状态信号以及处理后的脉冲信号传送至ARM芯片，以实现对IGBT的保护；
[0008]二次侧连接器接口电路与IGBT驱动保护模块相连接，二次侧连接器接口电路通过集电极和发射极连接电压调理模块；电压调理模块与AD采样芯片连接，AD采样芯片与ARM芯片连接，电压调理模块输出电压经AD采样芯片采样后输出至ARM芯片；电压调理模块用于阻
断IGBT关断状态下集射极两端大电压，并测量IGBT导通状态下导通压降及续流状态下FWD正向压降。
[0009]进一步，所述电压调理模块为分压差分调理电路。
[0010]本专利技术的另外一个目的在于提供一种使用上述装置进行参量扫描检测，对解耦结温影响的IGBT老化水平进行辨识的方法。
[0011]对通过试验方法获得不同IGBT老化程度的“结温独立点”曲线在水平面上的投影与通过本专利所提的连续扫描检测方法捕获多个集电极电流和导通压降拟合出的IGBT实际传输特性曲线进行交点求解，利用两者交点来辨识IGBT老化程度的方法。该IGBT老化评估方法解耦了结温参量的影响。
[0012]为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0013]进行IGBT模块老化程度辨识的方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0014]步骤一，采集不同老化状态IGBT在不同结温下流过不同集电极电流I
C
时的导通压降V
CE_ON
，并记录对应集电极电流值I
C
；
[0015]步骤二，将采集的数据进行分类并对其进行最小二乘拟合，得到不同老化状态的IGBT在不同温度下的开态传输特性曲线簇和结温独立点；
[0016]步骤三，将不同老化状态的IGBT结温独立点进行最小二乘拟合，得到基于结温独立点的老化程度的曲线A＝f(V
CE_ON
，I
C
)在水平面上的投影曲线I
C
＝g(V
CE_ON
)；
[0017]步骤四，将通过AD采样模块采集一个扫描周期内IGBT导通状态不同集电极电流I
C
和对应的饱和压降值V
CE_sat
分别用最小二乘法拟合成实际运行IGBT特性曲线I
C
＝h(V
CE_sat
)；
[0018]步骤五，求解步骤四所得曲线与步骤三所得投影曲线的交点坐标(V
CE_ON0
，I
C0
)，得到表征实际老化状态IGBT结温独立点在水平面上的投影；
[0019]步骤六，将步骤五得到的交点坐标代入步骤三得到的基于结温独立点的老化程度曲线中，得到实际情况下IGBT的老化水平。
[0020]本专利技术的另外一个目的在于提供一种使用上述装置进行参量扫描检测，对计及老化水平影响的IGBT结温进行辨识的方法。
[0021]利用试验获得的IGBT不同老化状态下的传输特性曲线簇，通过BP神经网络进行训练所得。该模型训练过程中计及了通过本专利所述试验中的各种IGBT老化状态和对应的特征参量。同时，通过本专利所述扫描检测方法拟合出的IGBT实际运行特性曲线上的集电极电流I
C
和导通压降V
CE_ON
对应值以及本专利所述方法辨识出的老化程度A作为本专利所述结温模型的输入量，实现计及IGBT老化程度和工况的结温辨识方法。
[0022]为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0023]进行计及老化水平及工况影响的IGBT结温辨识的方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0024]步骤一，采集不同老化状态IGBT在不同结温下流过不同集电极电流I
C
时的导通压降V
CE_ON
，并记录对应集电极电流值I
C
；
[0025]步骤二，将采集的数据进行分类并对其进行最小二乘拟合，得到不同老化状态的IGBT在不同温度下的开态传输特性曲线簇；
[0026]步骤三，从各个曲线簇中的每条曲线取一定量数据点以及相应老化水平值作为训
练数据集；
[0027]步骤四，利用含有隐藏层的BP神经网络对上述数据集进行训练，得到以集电极电流I
C
、饱和压降V
CE
和老化程度A为自变量，结温T
j
为因变量的训练模型；
[0028]步骤五，将通过AD采样模块扫描检测的饱和压降V
CE_sat
、集电极电流I
C
、经过辨识得到的IGBT本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种解耦状态的IGBT老化水平和结温在线辨识装置，包括供电与电源管理模块，其特征在于：还包括电压调理模块、ARM芯片、CPLD芯片、AD采样芯片、IGBT驱动保护模块、IGBT驱动模块二次侧连接器接口电路；CPLD芯片通过两条光纤与IGBT驱动保护模块连接，CPLD芯片与ARM芯片连接；CPLD芯片处理接收到的驱动脉冲后将脉冲输送至驱动保护模块驱动IGBT，并接收驱动保护模块发来的状态输出信号，同时将该状态信号以及处理后的脉冲信号传送至ARM芯片，以实现对IGBT的保护；二次侧连接器接口电路与IGBT驱动保护模块相连接，二次侧连接器接口电路通过集电极和发射极连接电压调理模块；电压调理模块与AD采样芯片连接，AD采样芯片与ARM芯片连接，电压调理模块输出电压经AD采样芯片采样后输出至ARM芯片；电压调理模块用于阻断IGBT关断状态下集射极两端大电压，并测量IGBT导通状态下导通压降及续流状态下FWD正向压降。2.如权利要求1所述的一种解耦状态的IGBT老化水平和结温在线辨识装置，其特征在于：所述电压调理模块为分压差分调理电路。3.如权利要求1所述的一种解耦状态的IGBT老化水平和结温在线辨识装置，其特征在于：所述装置采用参量扫描检测方式实现功能。4.使用权利要求1所述的装置进行IGBT模块老化程度辨识的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，采集不同老化状态IGBT在不同结温下流过不同集电极电流I
C
时的导通压降V
CE_ON
，并记录对应集电极电流值I
C
；步骤二，将采集的数据进行分类并对其进行最小二乘拟合，得到不同老化状态的IGBT在不同温度下的开态传输特性曲线簇和结温独立点；步骤三，将不同老化状态的IGBT结温独立点进行最小二乘拟合，得到基于结温独立点的老化程度曲线A＝f(V
CE_ON
，I
C
)在水平面上的投影曲线I
C
＝g(V
CE_ON
)；步骤四，将通过AD采样模块采集的IGBT导通状态不同集电极电流I
C
和对应的饱和压降值V
CE_sat
，分别用最小二乘法拟合成实际运行IGBT特性曲线I
C
＝h(V
CE_sat
)；步骤五，求解步骤四所得曲线与步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，周明超，祝本超，刁利军，沙妍蓓，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：