[發(fā)明專利]IGBT剩余壽命預測和狀態(tài)評估實現(xiàn)方法

有效

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• 申請日: 2020-06-01
• 公開（公告）號: CN113759225B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發(fā)明（設計）人: 黃亦翔;葛建文
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種IGBT剩余壽命預測和狀態(tài)評估實現(xiàn)方法，通過老化試驗平臺采集IGBT模塊的集電極?發(fā)射極電壓Vce的關斷瞬態(tài)曲線，從中提取特征并濾波后通過深度自回歸遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(Deep Autoregressive Recurrent Networks)進行曲線趨勢預測，預測到的曲線超過閾值時判定IGBT失效，對應得到IGBT模塊的老化程度和健康狀態(tài)。本發(fā)明以IGBT開光瞬間的瞬態(tài)波形特征作為IGBT老化的指標。

技術領域

本發(fā)明涉及的是一種半導體領域的技術，具體是一種IGBT剩余壽命預測和狀態(tài)評估實現(xiàn)方法。

背景技術

由于IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)既具有MOSFET輸入阻抗高、控制功率小、驅(qū)動電路簡單、開關速度高、開關損耗小的優(yōu)點，又具有雙極功率晶體管的電流密度大、飽和壓降低、電流處理能力強的優(yōu)點，但高負荷運行時IGBT容易過熱、過壓，抗干擾、抗沖擊能力較差，因此使用智能診斷技術預測IGBT的壽命和評估IGBT健康狀態(tài)成為研究熱點。

現(xiàn)有IGBT老化研究的方法包括：基于有限元仿真的方法，基于Coffin-Manson理論的統(tǒng)計方法和基于老化參量的方法。每次溫度循環(huán)，都會產(chǎn)生應力應變，這相當于有一部分能量作用于材料內(nèi)部使材料，隨著一次一次的溫度循環(huán)，能量會逐漸累積最后產(chǎn)生疲勞失效。有限元仿真的方法就是基于這個原理通過分析老化過程中的能量從而預測剩余壽命?；贑offin-Manson理論，材料老化所需的循環(huán)次數(shù)與溫度差成指數(shù)關系。目前已有方法多根據(jù)Vce(on)的變化來預測IGBT的老化程度。當發(fā)生鍵合線脫落或焊接層疲勞時，IGBT內(nèi)部電阻增大從而導致Vce增大。但是Vce也受內(nèi)部溫度和導通電流的影響，在實際的復雜工況下電流通常是變化的。使用Vce作為老化參量在實驗室恒定電流的前提下是可行的，但在實際工況中可能難以取得好的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提出一種IGBT剩余壽命預測和狀態(tài)評估實現(xiàn)方法，以IGBT開光瞬間的瞬態(tài)波形特征作為IGBT老化的指標，

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明涉及一種IGBT剩余壽命預測和狀態(tài)評估實現(xiàn)方法，通過老化試驗平臺采集IGBT模塊的集電極-發(fā)射極電壓Vce的關斷瞬態(tài)曲線，從中提取特征并濾波后通過深度自回歸遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(Deep Autoregressive Recurrent Networks)進行曲線趨勢預測，預測到的曲線超過閾值時判定IGBT失效，對應得到IGBT模塊的老化程度和健康狀態(tài)。

技術效果

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明利用關斷瞬態(tài)特征預測剩余壽命并使用卡爾曼濾波對瞬態(tài)特征進行降噪處理的同時，使用深度神經(jīng)網(wǎng)絡模型DeepAR做序列預測，實現(xiàn)了IGBT的剩余壽命預測及狀態(tài)評估。

附圖說明

圖1為本發(fā)明流程示意圖；

圖2為實施例預測示意圖；

圖3為老化試驗平臺示意圖；

圖4為實施例過程示意圖；

圖中：1示波器、2函數(shù)發(fā)生器、3驅(qū)動電路、4待測IGBT、5直流電壓源、L電感、R電阻。

具體實施方式

如圖1所示，為本實施例涉及一種IGBT剩余壽命預測和狀態(tài)評估實現(xiàn)方法，包括以下步驟：

步驟1、通過IGBT老化試驗平臺獲取不同老化程度下IGBT模塊的集電極-發(fā)射極電壓Vce的關斷瞬態(tài)曲線，即將IGBT試樣從全新開始工作到老化失效。