[發(fā)明專利]基于狀態(tài)監(jiān)測的逆變器IGBT模塊故障判定方法及系統(tǒng)

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• 申請日: 2022-01-12
• 公開（公告）號: CN114460399A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何怡剛;王傳坤
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波力斗智能技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01R31/26
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張宇

本發(fā)明公開了一種基于狀態(tài)監(jiān)測的逆變器IGBT模塊故障判定方法及系統(tǒng)，屬于電力電子設(shè)備核心器件可靠性技術(shù)領(lǐng)域，包括：測量逆變器IGBT輸出特性曲線，確定交點(diǎn)電流值I_int；執(zhí)行故障監(jiān)測策略，在IGBT空閑時(shí)刻，實(shí)施IGBT老化監(jiān)測；在IGBT工作時(shí)刻，實(shí)施IGBT故障監(jiān)測；向逆變器IGBT內(nèi)注入與交點(diǎn)電流值相等的測試電流，測定其對應(yīng)的導(dǎo)通壓降V_int，并據(jù)此判斷IGBT的老化失效；通過集成于逆變器控制器的計(jì)時(shí)算法檢測逆變器IGBT的電流過零點(diǎn)時(shí)間T_p，并據(jù)此判斷IGBT的故障失效；最終，綜合考慮IGBT老化指標(biāo)與故障指標(biāo)，精確判定IGBT故障原因。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力電子設(shè)備核心器件可靠性技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于狀態(tài)監(jiān)測的逆變器IGBT模塊故障原因精確判定方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來，逆變器的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷拓展，如太陽能發(fā)電、電動(dòng)汽車、以及航空航天動(dòng)力系統(tǒng)等領(lǐng)域。其中，由于IGBT功率模塊與其他電力電子器件相比具有輸入阻抗大，驅(qū)動(dòng)功率小，控制電路簡單，開關(guān)損耗小，工作頻率高等優(yōu)點(diǎn)，在逆變器中得到了大量應(yīng)用。這類應(yīng)用領(lǐng)域工況嚴(yán)酷且對IGBT的可靠性有嚴(yán)格的要求。

逆變器IGBT模塊通常工作在復(fù)雜、惡劣的環(huán)境中，容易發(fā)生故障。造成IGBT故障的原因主要分為兩類：一是由IGBT內(nèi)部造成的，即IGBT自身老化失效，如由于熱應(yīng)力沖擊導(dǎo)致的鍵合線斷裂、焊料層脫落；二是由IGBT外部造成的，即IGBT未老化，實(shí)際故障部位在于其他外部電路，如驅(qū)動(dòng)電路損壞、驅(qū)動(dòng)信號丟失、PCB板故障等。IGBT外部故障屬于難以預(yù)見的突發(fā)性失效，表現(xiàn)為立即發(fā)生故障。IGBT老化失效是一個(gè)長期老化失效的過程，因此該過程較為緩慢，具有預(yù)見性和必然性。但如果不加以干預(yù)，最終也會(huì)導(dǎo)致IGBT的故障。IGBT功率模塊如果出現(xiàn)上述故障，必然會(huì)使逆變器正常運(yùn)行受到嚴(yán)重影響甚至損毀，甚至?xí)斐赏ｋ姟⒆鳂I(yè)終止、交通癱瘓等事故，從而帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

現(xiàn)有的故障診斷方法僅僅只可以判定IGBT發(fā)生了故障，但無法辨析故障究竟是由IGBT內(nèi)部老化還是外部電路造成的，這給逆變器IGBT模塊的檢修、運(yùn)維造成了很大困擾。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提出了一種基于狀態(tài)監(jiān)測的逆變器IGBT模塊故障精確判定方法及系統(tǒng)，能夠精確判定IGBT故障原因。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于狀態(tài)監(jiān)測的逆變器IGBT模塊故障判定方法，包括：

測量逆變器IGBT輸出特性曲線，確定交點(diǎn)電流值；

在IGBT空閑時(shí)刻，實(shí)施IGBT老化監(jiān)測；在IGBT工作時(shí)刻，實(shí)施IGBT故障監(jiān)測；

在實(shí)施IGBT老化監(jiān)測時(shí)，向逆變器IGBT內(nèi)注入與交點(diǎn)電流值相等的測試電流，測定其對應(yīng)的導(dǎo)通壓降，以導(dǎo)通壓降作為IGBT的老化監(jiān)測參數(shù)，將導(dǎo)通壓降與老化閾值進(jìn)行對比給出相應(yīng)的IGBT老化指標(biāo)；

在實(shí)施IGBT故障監(jiān)測時(shí)，檢測逆變器IGBT的電流過零點(diǎn)時(shí)間，以電流過零點(diǎn)時(shí)間作為IGBT的故障監(jiān)測參數(shù)，將電流過零點(diǎn)時(shí)間與故障閾值進(jìn)行對比給出相應(yīng)的IGBT故障指標(biāo)；

綜合考慮IGBT老化指標(biāo)與IGBT故障指標(biāo)，精確判定IGBT故障原因。

在一些可選的實(shí)施方案中，所述在IGBT空閑時(shí)刻，實(shí)施IGBT老化監(jiān)測；在IGBT工作時(shí)刻，實(shí)施IGBT故障監(jiān)測，包括：

當(dāng)IGBT的驅(qū)動(dòng)信號為低電平或無信號時(shí)，認(rèn)定為IGBT的空閑時(shí)刻；在IGBT空閑時(shí)刻，實(shí)施IGBT老化監(jiān)測；

當(dāng)IGBT的驅(qū)動(dòng)信號為高電平時(shí)，認(rèn)定為IGBT的工作時(shí)刻；在IGBT工作時(shí)刻，實(shí)施IGBT故障監(jiān)測。

在一些可選的實(shí)施方案中，所述將導(dǎo)通壓降與老化閾值進(jìn)行對比給出相應(yīng)的IGBT老化指標(biāo)，包括：