[發明專利]一種功率器件IGBT開路故障注入方法及系統

有效

• 申請號: 201510365984.8
• 申請日: 2015-06-29
• 公開（公告）號: CN105044539B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 陽春華;楊超;彭濤;楊笑悅;趙帥;史露;尹進田
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01R31/02
• 分類號: G01R31/02
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙)43213
• 代理人: 周志中

技術領域

本發明涉及一種功率器件IGBT開路故障注入方法及系統，屬于電路故障注入和信號處理等領域。

背景技術

功率器件IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)長期處于高頻調制下，承受高電壓、大電流，開關損耗較大、發熱較為嚴重。研究表明，大部分電力電子設備失效都起因于功率器件IGBT的開路或短路故障。通常短路故障持續時間極短，且會很快燒壞功率器件最終仍表現為開路故障。而功率器件IGBT發生開路故障時，往往并不會停止運行，因而造成其它未故障器件負荷超載，加速了器件的損壞速度，容易引發二次故障的發生。特別是，如果故障得不到及時處理，長時間超載運行后，會加速器件的老化，嚴重影響系統的運行性能和器件使用壽命。因此，對于功率器件IGBT的開路故障診斷及容錯技術的研究業已成為熱點。

按照IGBT受到不同干擾影響下的故障嚴重程度和故障持續時間等的不同，可將IGBT開路故障信號形式分為：永久型、間歇型和瞬態型故障；其中，永久型開路故障最為嚴重，而間歇型故障則發生頻率較高。在數字電路系統中間歇型故障占所有可能發生故障的90％；在混合電路系統中，間歇型故障發生的頻率是永久故障的10～30倍。間歇型故障對系統性能和設備的安全構成了巨大的威脅。

為了檢驗IGBT對干擾因素的忍耐能力和降低IGBT發生開路故障后帶來的不安全因素，許多廠商和學者在產品設計、生產和運行階段都要進行安全測試。其中，故障注入作為一種重要的安全測試技術手段，其研究可以追溯到上世紀70年代，國內外對于故障注入的研究與應用隨著技術的成熟逐漸擴展到各個領域。在IGBT開路故障注入的研究中，常采用直接切斷IGBT柵極驅動控制信號的開關式方法模擬開路故障狀態。此方法雖然簡單、可實施性較強，但無法模擬間歇型和瞬態型等故障信號，且在模擬故障信號的同時，會因切斷包含各種噪聲干擾的原有正常信號，而難以實現接近真實的故障模擬。

針對上述情況，尚未見到合適的解決方案，這給在有噪聲干擾信號情況下，對于不同IGBT開路故障表現形式的模擬和研究帶來了困難。因此，需設計一種功率器件IGBT開路故障注入方法及系統，為IGBT開路故障的診斷和容錯等技術研究提供安全、可靠、接近真實的故障注入/模擬/仿真與測試，具有較強的適用性。

發明內容

本發明提供一種功率器件IGBT開路故障注入方法及系統，能為IGBT開路故障的診斷和容錯等技術研究提供安全、可靠、接近真實的故障注入/模擬/仿真與測試。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種功率器件IGBT的開路故障注入方法，包括以下步驟：

步驟一：在一個完整的故障注入試驗周期內，建立所述功率器件IGBT開路故障注入信號的時間序列描述；

步驟二：針對所述功率器件IGBT開路故障注入信號的時序描述，按照對周期相同或相近的信號進行歸類的原則，將整個測試周期內所有除噪聲信號外的注入信號劃分為不同子周期下的不同組注入信號，建立所述IGBT開路故障注入信號的偽周期時間序列描述；用以模擬永久型、間歇型、瞬態型及其任意組合的故障信號；

步驟三：構建所述功率器件IGBT開路故障注入器，用于生成模擬IGBT開路故障的偽周期時序信號，即故障注入信號，并疊加到正常信號上輸出調理信號；

步驟四：將步驟三所構建的故障注入器以串行連接方式接入到所述功率器件IGBT的控制信號接收端；設置被測IGBT故障注入信號的觸發值和故障注入器的所有參數；控制故障注入器輸出調理信號，并將其注入到被測IGBT的控制信號接收端。

優選地，所述的步驟一包括以下內容：

在一個完整的故障注入試驗周期內，描述功率器件IGBT故障注入信號的時間序列，公式為：

式中Γ(t)為階躍函數，μ_q,v_q分別表示第q個故障注入信號的觸發時刻和結束時刻，顯然有μ_q＜v_q＜μ_q+1；第q個故障注入信號的持續時間為τ_q＝v_q-μ_q，第q個與第q+1個故障信號觸發的間隔時間為f_q表示為第q個故障注入信號關于故障嚴重程度的數值表征；ξ(t)為隨機噪聲或干擾。

優選地，所述的步驟二包括以下內容：