CN112485632A - 一种基于伏安关系变化的igbt健康评估系统及方法 - Google Patents

一种基于伏安关系变化的igbt健康评估系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112485632A
CN112485632A CN202011461984.5A CN202011461984A CN112485632A CN 112485632 A CN112485632 A CN 112485632A CN 202011461984 A CN202011461984 A CN 202011461984A CN 112485632 A CN112485632 A CN 112485632A
Authority
CN
China
Prior art keywords
igbt
module
voltage
collector
volt
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011461984.5A
Other languages
English (en)
Inventor
伍伟
古湧乾
李岩松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN202011461984.5A priority Critical patent/CN112485632A/zh
Publication of CN112485632A publication Critical patent/CN112485632A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于伏安关系变化的IGBT健康评估系统及方法，方法包括以下步骤：S1、搭建IGBT集电极与发射极间的电压、集电极电流和管壳温度的数据采集平台；S2、实时监测和采集IGBT集电极与发射极间的电压、集电极电流和管壳温度；S3、建立不同温度下IGBT的伏安关系；S4、根据同一温度下当前与初始时刻伏安关系的偏移情况，评估IGBT的健康状态。本发明通过实时监测和采集IGBT的集电极与发射极间的电压、集电极电流和管壳温度，并根据拟合的伏安关系曲线的偏移情况进行IGBT的健康评估，提高了电力电子器件健康评估系统的准确性。

Description

一种基于伏安关系变化的IGBT健康评估系统及方法
技术领域
本发明涉及半导体领域，具体涉及一种基于伏安关系变化的IGBT健康评估系统及方法。
背景技术
随着电力电子技术的应用日益广泛，电力电子器件的可靠性问题成为制约电力电子系统可靠性的重要因素。为了提高电力电子器件的可靠性必须进行定期维护，这就增加了电力电子系统的运行成本。而电力电子器件的寿命与其生产批次或使用条件有很大关系。目前，状态监测是解决电力电子器件可靠性和降低系统维护成本问题的一种有效方法。
要准确地检测出IGBT的退化程度必须选择合适退化指标，如果未正确选择合适的指标，或者监测系统不够准确，则会导致不能及时发现器件故障，造成维修仓促，甚至电力电子系统损毁。在现有技术中，已有一些器件电参数作为退化指标用于功率半导体器件的状态监测，例如开关切换期间的电压或电流的变化率，集电极与发射极之间的电压等。
IGBT集电极和发射极之间的导通压降Vce,on通常被选择作为监测IGBT焊线故障和焊料层开裂的指标。由于器件在退化过程中的电压变化只有几十毫伏，所以要求状态监测系统具有足够高的准确性和抗干扰能力。这无疑造成了状态监测系统的精度和成本问题。
发明内容
为了提高功率器件健康评估系统的准确性，本发明提出了一种基于伏安关系变化的IGBT健康评估系统及方法。本发明具有高信号分辨率，通过实时监测IGBT的伏安关系，并将数据存储在系统的存储器中，可进行在线监测。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
提供一种基于伏安关系变化的IGBT健康评估系统，其包括驱动模块、IGBT模块、电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块、信号处理模块、控制模块和数据储存模块；驱动模块分别连接IGBT模块和控制模块；IGBT模块与电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块相连接；电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块分别与信号处理模块相连接；控制模块与信号处理模块、驱动模块和数据储存模块相连接；
驱动模块，用于给IGBT提供驱动信号；
电压采集模块，用于采集IGBT集电极与发射极间的电压数据；
电流采集模块，用于采集IGBT集电极电流数据；
温度采集模块，用于采集IGBT模块的管壳温度；
信号处理模块，用于把采集到的电压数据和电流数据转换成数字信号；
控制模块，用于控制驱动模块和信号处理模块，主要控制整个监测系统的运行状态；
数据储存模块，用于保存电压、电流和温度数据。
提供一种基于伏安关系变化的IGBT健康评估方法，其包括以下步骤：
S1、搭建IGBT集电极与发射极间的电压、集电极电流和管壳温度的数据采集平台；
S2、实时监测和采集IGBT集电极与发射极间的电压、集电极电流和管壳温度；
S3、建立不同温度下IGBT的伏安关系；
S4、根据同一温度下当前与初始时刻伏安关系的偏移情况，评估IGBT的健康状态。
进一步地，步骤S2的具体方法包括以下子步骤：
S2-1、每间隔一定的时间(根据系统的采样率确定)采集一次IGBT集电极与发射极间的电压和集电极电流；
S2-2、每获得一定数量的集电极与发射极间的电压和集电极电流数据后，采集一次管壳温度；
S2-3、将实时采集到的数据经过信号处理后，保存在数据储存模块中。
进一步地，步骤S3的具体方法包括以下子步骤：
S3-1、将步骤S2中采集到的集电极与发射极间的电压和集电极电流数据一一匹配对应(同一温度、同一时刻和同一状态条件下的数据进行匹配)，形成集电极与发射极间电压与集电极电流的伏安坐标点；
S3-2、根据数据储存模块中保存的历史数据，将同一条件下形成的伏安坐标点拟合成伏安关系曲线，进入步骤S4。
本发明的有益效果为：由于伏安曲线的偏移随器件老化较为明显，本发明根据偏移的距离大小来评估IGBT的健康状况，避免了由于某个数据的测量误差造成的错误判断，提高了电力电子器件健康评估系统的准确性，为器件健康评估提供了新思路。
附图说明
图1为本系统的结构框图；
图2为本方法的流程示意图；
图3为IGBT剩余键合线数量与器件伏安曲线的关系图。
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，该基于伏安关系变化的IGBT健康评估系统包括驱动模块、IGBT模块、电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块、信号处理模块、控制模块和数据储存模块；驱动模块分别连接IGBT模块和控制模块；IGBT模块与电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块相连接；电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块分别与信号处理模块相连接；控制模块与信号处理模块、驱动模块和数据储存模块相连接；
驱动模块，用于给IGBT提供驱动信号；
电压采集模块，用于采集IGBT集电极与发射极间的电压数据；
电流采集模块，用于采集IGBT集电极电流数据；
温度采集模块，用于采集IGBT模块的管壳温度；
信号处理模块，用于把采集到的电压数据和电流数据转换成数字信号；
控制模块，用于控制驱动模块和信号处理模块，主要控制整个监测系统的运行状态；
数据储存模块，用于保存电压、电流和温度数据。
如图2所示，该基于伏安关系变化的IGBT健康评估方法包括以下步骤：
S1、搭建IGBT集电极与发射极间的电压、集电极电流和管壳温度的数据采集平台；
S2、实时监测和采集IGBT集电极与发射极间的电压、集电极电流和管壳温度；
S3、建立不同温度下IGBT的伏安关系；
S4、根据同一温度下当前与初始时刻伏安关系的偏移情况，评估IGBT的健康状态。
步骤S2的具体方法包括以下子步骤：
S2-1、每间隔一定的时间(根据系统的采样率确定)采集一次IGBT集电极与发射极间的电压和集电极电流；
S2-2、每获得一定数量的集电极与发射极间的电压和集电极电流数据后，采集一次管壳温度；
S2-3、将实时采集到的数据经过信号处理后，保存在数据储存模块中。
步骤S3的具体方法包括以下子步骤：
S3-1、将步骤S2中采集到的集电极与发射极间的电压和集电极电流数据一一匹配对应(同一温度、同一时刻和同一状态条件下的数据进行匹配)，形成集电极与发射极间电压与集电极电流的伏安坐标点；
S3-2、根据数据储存模块中保存的历史数据，将同一条件下形成的伏安坐标点拟合成伏安关系曲线，进入步骤S4。
在本发明的一个实施例中，图3是IGBT剩余键合线数量对应的伏安关系，可以看出随着连接IGBT键合线数量的改变，其伏安关系发生了明显的偏移。对数据集匹配形成的伏安坐标点进行曲线拟合后，可以非常容易的检测出IGBT键合线的故障，也可以通过比较固定电压值(或电流值)对应的电流值(或电压值)来确定一个故障检测的标准，从而进行健康状况的评估。对电力电子系统中某一工作状态下的IGBT器件进行健康评估时，测量该状态下的集电极与发射极间的电压、集电极电流和管壳温度，并根据数据储存模块中实时监测并保存的历史数据，得到的该状态下的伏安关系，再根据伏安曲线的偏移情况，评估该功率器件此时的健康状况。
综上所述，本发明通过实时监测IGBT集电极与发射极间的电压、集电极电流和管壳温度可以明显分辨出伏安曲线的偏移，并根据偏移的距离大小来评估IGBT的健康状况，避免了由于某个数据的测量误差造成的错误判断，提高了功率器件健康评估系统的准确性，为器件健康评估提供了新思路。

Claims (4)

1.一种基于伏安关系变化的IGBT健康评估系统，其特征在于，包括驱动模块、IGBT模块、电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块、信号处理模块、控制模块和数据储存模块；驱动模块分别连接IGBT模块和控制模块；IGBT模块与电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块相连接；电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块分别与信号处理模块相连接；控制模块与信号处理模块、驱动模块和数据储存模块相连接；
驱动模块，用于给IGBT提供驱动信号；
电压采集模块，用于采集IGBT集电极与发射极间的电压数据；
电流采集模块，用于采集IGBT集电极电流数据；
温度采集模块，用于采集IGBT模块的管壳温度；
信号处理模块，用于把采集到的电压数据和电流数据转换成数字信号；
控制模块，用于控制驱动模块和信号处理模块，主要控制整个监测系统的运行状态；
数据储存模块，用于保存电压、电流和温度数据。
2.一种基于伏安关系变化的IGBT健康评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、搭建IGBT集电极与发射极间的电压、集电极电流和管壳温度的数据采集平台；
S2、实时监测和采集IGBT集电极与发射极间的电压、集电极电流和管壳温度；
S3、建立不同温度下IGBT的伏安关系；
S4、根据同一温度下当前与初始时刻伏安关系的偏移情况，评估IGBT的健康状态。
3.根据权利要求2所述的基于伏安关系变化的IGBT健康评估方法，其特征在于，所述步骤S2的具体方法包括以下子步骤：
S2-1、每间隔一定的时间(根据系统的采样率确定)采集一次IGBT集电极与发射极间的电压和集电极电流；
S2-2、每获得一定数量的集电极与发射极间的电压和集电极电流数据后，采集一次管壳温度；
S2-3、将实时采集到的数据经过信号处理后，保存在数据储存模块中。
4.根据权利要求2所述的基于伏安关系变化的IGBT健康评估方法，其特征在于，所述步骤S3的具体方法包括以下子步骤：
S3-1、将步骤S2中采集到的集电极与发射极间的电压和集电极电流数据一一匹配对应(同一温度、同一时刻和同一状态条件下的数据进行匹配)，形成集电极与发射极间电压与集电极电流的伏安坐标点；
S3-2、根据数据储存模块中保存的历史数据，将同一条件下形成的伏安坐标点拟合成伏安关系曲线，进入步骤S4。
CN202011461984.5A 2020-12-09 2020-12-09 一种基于伏安关系变化的igbt健康评估系统及方法 Pending CN112485632A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011461984.5A CN112485632A (zh) 2020-12-09 2020-12-09 一种基于伏安关系变化的igbt健康评估系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011461984.5A CN112485632A (zh) 2020-12-09 2020-12-09 一种基于伏安关系变化的igbt健康评估系统及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112485632A true CN112485632A (zh) 2021-03-12

Family

ID=74916853

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011461984.5A Pending CN112485632A (zh) 2020-12-09 2020-12-09 一种基于伏安关系变化的igbt健康评估系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112485632A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116068365A (zh) * 2021-11-02 2023-05-05 阆芯(上海)电子科技有限公司 一种电力电子变换器在线状态监测装置及方法
DE102022204800B3 (de) 2022-05-16 2023-09-28 Volkswagen Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung eines Alterungszustandes mindestens eines Leistungshalbleiterschalters
CN118444123A (zh) * 2024-07-08 2024-08-06 电子科技大学 基于杂散电感与集射电压的igbt故障诊断方法
CN118688600A (zh) * 2024-08-23 2024-09-24 珠海格力电器股份有限公司 一种igbt模块监测的方法、装置、设备、介质及产品

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101438030A (zh) * 2006-05-05 2009-05-20 大陆汽车有限责任公司 有源传感器元件和用于测定有源传感器元件的温度的方法
CN103412032A (zh) * 2013-08-31 2013-11-27 西安电子科技大学 增强型功率mos器件栅内引线脱落的检测方法
CN103620429A (zh) * 2011-06-21 2014-03-05 科电公司 用于估计功率半导体器件的寿命终点的方法
CN103782143A (zh) * 2011-09-07 2014-05-07 科电公司 用于估计半导体芯片温度的方法和设备
CN111007379A (zh) * 2019-12-27 2020-04-14 电子科技大学 一种自校正的igbt健康监测方法
CN111007380A (zh) * 2019-12-27 2020-04-14 电子科技大学 一种基于栅电压变化的igbt健康监测方法
CN111090031A (zh) * 2019-12-27 2020-05-01 电子科技大学 一种igbt过流预警系统及方法
CN111190088A (zh) * 2019-12-30 2020-05-22 西安电子科技大学 一种igbt性能退化特征参数的提取方法
CN111487520A (zh) * 2020-04-27 2020-08-04 全球能源互联网研究院有限公司 Igbt模块的测试方法、装置及电子设备

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101438030A (zh) * 2006-05-05 2009-05-20 大陆汽车有限责任公司 有源传感器元件和用于测定有源传感器元件的温度的方法
CN103620429A (zh) * 2011-06-21 2014-03-05 科电公司 用于估计功率半导体器件的寿命终点的方法
CN103782143A (zh) * 2011-09-07 2014-05-07 科电公司 用于估计半导体芯片温度的方法和设备
CN103412032A (zh) * 2013-08-31 2013-11-27 西安电子科技大学 增强型功率mos器件栅内引线脱落的检测方法
CN111007379A (zh) * 2019-12-27 2020-04-14 电子科技大学 一种自校正的igbt健康监测方法
CN111007380A (zh) * 2019-12-27 2020-04-14 电子科技大学 一种基于栅电压变化的igbt健康监测方法
CN111090031A (zh) * 2019-12-27 2020-05-01 电子科技大学 一种igbt过流预警系统及方法
CN111190088A (zh) * 2019-12-30 2020-05-22 西安电子科技大学 一种igbt性能退化特征参数的提取方法
CN111487520A (zh) * 2020-04-27 2020-08-04 全球能源互联网研究院有限公司 Igbt模块的测试方法、装置及电子设备

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
姜久春 等: "《电动汽车电机及驱动系统》", 31 March 2018, 北京交通大学出版社 *
朱炯炯: "IGBT模块故障预测技术", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116068365A (zh) * 2021-11-02 2023-05-05 阆芯(上海)电子科技有限公司 一种电力电子变换器在线状态监测装置及方法
CN116068365B (zh) * 2021-11-02 2026-03-20 阆芯(上海)电子科技有限公司 一种电力电子变换器在线状态监测装置及方法
DE102022204800B3 (de) 2022-05-16 2023-09-28 Volkswagen Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung eines Alterungszustandes mindestens eines Leistungshalbleiterschalters
EP4279933A1 (de) 2022-05-16 2023-11-22 Volkswagen Ag Vorrichtung und verfahren zur bestimmung eines alterungszustandes mindestens eines leistungshalbleiterschalters
CN118444123A (zh) * 2024-07-08 2024-08-06 电子科技大学 基于杂散电感与集射电压的igbt故障诊断方法
CN118688600A (zh) * 2024-08-23 2024-09-24 珠海格力电器股份有限公司 一种igbt模块监测的方法、装置、设备、介质及产品

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112485632A (zh) 一种基于伏安关系变化的igbt健康评估系统及方法
Dusmez et al. Remaining useful lifetime estimation for power MOSFETs under thermal stress with RANSAC outlier removal
US11474146B2 (en) Method for estimating degradation of a wire-bonded power semi-conductor module
CN203323907U (zh) 过程温度变送器
CN106291305B (zh) 一种基于开关特性的变流器igbt模块故障预诊断方法
TW201038142A (en) Plasma Processing System
CN113219315A (zh) 基于结温归一化的逆变器igbt老化在线监测方法及系统
CN103983295B (zh) 基于信号和环境激励的传感器故障诊断系统和诊断方法
CN118549035A (zh) 基于数据融合分析的压力传感器故障测试系统及方法
JP2019510964A (ja) 電気回路構成要素のための劣化検出器、回路構成要素の劣化を監視する方法、素子、および制御器
CN109459633A (zh) 直流输电换流阀晶闸管级回路故障诊断方法及装置及系统
CN112505146A (zh) 一种基于超声波反射的igbt模块焊线断裂检测方法
CN114114083A (zh) 基于多信息融合的高压直流电缆智能监测系统
CN112632843A (zh) 电子元器件故障管理方法以及装置
CN112986784A (zh) 一种大功率焊接型igbt模块的异常识别方法及装置
CN121231974A (zh) 一种高频二极管导电损耗特性测试系统
CN209690455U (zh) 功率半导体器件的在线状态监测和故障判定系统
CN113919116B (zh) 基于garch模型的igbt剩余使用寿命预测方法
US12339310B1 (en) Method for monitoring degradation mechanism of switch device in power conversion circuit
CN115575787A (zh) 一种igbt模块健康状态监测方法及装置
US20250012848A1 (en) Method and device for measuring the state of health of semiconductor-based electronic components
CN116852996A (zh) 一种电机控制器、检测方法及车辆
CN119575119B (zh) 一种SiC MOSFET老化参数在线测量系统
DE102018131644A1 (de) Messvorrichtung, System und Verfahren zur Detektion einer Degradation wenigstens einer elektrischen Kontaktstelle
Ren et al. A method for health monitoring of power MOSFETs based on threshold voltage

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210312