[发明专利]一种基于米勒平台时延的IGBT在线状态监测方法与测量系统

说明书

本发明公开了一种基于米勒平台时延的IGBT在线状态监测方法与测量系统，驱动信号预处理电路的一端经时间测量电路与控制器的一端连接，控制器的另一端与IGBT器件驱动电路的驱动芯片连接，驱动芯片分两路，一路与IGBT器件连接，另一路与驱动信号预处理电路连接，驱动信号预处理电路通过提取IGBT开通过程驱动电压信号中的米勒平台时延作为IGBT状态监测的特征参数进行初始状态标定与实时在线监测，对老化过程中IGBT器件的健康状态与可靠性进行评估。本发明可实现在线监测、参数提取不影响主电路工作、对多种典型失效模式敏感的优点，可直接用于IGBT的健康状态监测与寿命评估，用于解决现有电力电子器件状态监测技术中缺乏有效的特征参数的问题。

技术领域

本发明属于电力电子器件可靠性技术领域，具体涉及一种基于米勒平台时延的IGBT在线状态监测方法与测量系统。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，是能源变换与传输等国家战略产业的核心器件，在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广，IGBT是应用最广泛的功率器件，有着不可或缺的地位。

随着IGBT的广泛应用，其功率等级和系统集成度越来越高，工作环境更加恶劣，使用条件日益苛刻，对可靠性的要求越来越严苛。在电力电子设备中因对IGBT的使用不当，或者长期工作导致的老化等各种原因都会使器件失效而发生损坏。若器件发生突发性损坏，轻则造成设备的严重故障，重则造成企业停工停产，甚至造成严重灾难性的事故。

目前，状态监测技术是提高IGBT器件可靠性的最有效的手段和方法，如能实时监测IGBT的老化和故障状态，就可以及时替换，进而避免造成重大损失。

状态监测是指监测出系统早期微弱的故障，如果监测的数据渐渐偏离健康状态，则要评估当前状态偏离正常态的程度(即故障级别)。电力电子系统中IGBT器件的状态监测的研究还处于初期阶段，主要是缺乏有效的状态监测特征参数。常规地，以IGBT导通管压降VCE,ON为特征参数进行状态监测，但该参数在老化过程的变化量相对较小，在母线电压值为几百伏甚至上千伏时，测量毫伏级的变化量对采样系统的要求极高，并且VCE,ON只与封装级的老化效应相关，忽略芯片级老化效应，无法完整获取IGBT的综合性健康状态信息。针对芯片级老化效应，通常以IGBT阈值电压或集电极漏电流为特征参数进行状态监测，然而这些参数的测量只能采用离线方式，需要停机测试，这显然不适合现场应用。因此，亟需发掘适用于IGBT状态监测新型特征参数，以实现在线参数提取及多种老化效应诊断。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于米勒平台时延的IGBT在线状态监测方法与测量系统，具有可实现在线监测、参数提取不影响主电路工作、对多种典型失效模式敏感的优点，可直接用于IGBT的健康状态监测与寿命评估，用于解决现有电力电子器件状态监测技术中缺乏有效的特征参数的问题。

本发明采用以下技术方案：

一种基于米勒平台时延的IGBT在线状态测量系统，包括驱动信号预处理电路、时间测量电路和控制器，驱动信号预处理电路的一端经时间测量电路与控制器的一端连接，控制器的另一端与IGBT器件驱动电路的驱动芯片连接，驱动芯片分两路，一路与IGBT器件连接，另一路与驱动信号预处理电路连接，驱动信号预处理电路通过提取IGBT开通过程驱动电压信号中的米勒平台时延作为IGBT状态监测的特征参数进行初始状态标定与实时在线监测，对老化过程中IGBT器件的健康状态与可靠性进行评估。