[发明专利]功率半导体器件的在线状态监测和故障判定系统

权利要求书

1.一种功率半导体器件的在线状态监测和故障判定系统，其特征在于，包括：电压电流检测单元、器件开关特性计算单元、结温-开关特性-电流关系表单元、结温及结温变化率估计单元、故障演变状态及分类判别单元，其中，所述电压电流检测单元与所述器件开关特性计算单元相连，所述电压电流检测单元与所述结温及结温变化率估计单元相连，所述器件开关特性计算单元与所述结温及结温变化率估计单元相连，所述结温-开关特性-电流关系表单元与所述结温及结温变化率估计单元相连，所述结温及结温变化率估计单元与所述故障演变状态及分类判别单元相连。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述电压电流检测单元用于检测功率半导体器件的电流和电压量；

所述器件开关特性计算单元用于计算功率半导体器件的开关特性信号，所述开关特性信号包括开通时间、关断时间、开通电压变化率及关断电压变化率；

所述结温-开关特性-电流关系表单元，用于存储预先获得的功率半导体器件的结温-开关特性-电流三维表；

所述结温及结温变化率估计单元，用于接收所述电压电流检测单元输出的电压电流信号、所述器件开关特性计算单元输出的开关特性信号、以及所述结温-开关特性-电流关系表单元中的结温-开关特性-电流三维表信息，并据此计算功率半导体器件的运行结温、结温变化率和热时间常数，并将所述运行结温、结温变化率和热时间常数的数据传输至所述故障演变状态及分类判别单元；

所述故障演变状态及分类判别单元，用于接收由所述结温及结温变化率估计单元输出的运行结温、结温变化率和热时间常数的信息，并据此判断所述功率半导体器件是否异常及故障演变类型，以及输出异常报警信号到异常报警与输出单元。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电压电流检测单元包括依次连接的电压电流传感器、电压电流调理电路、电压电流数据储存单元和输出单元，其中，所述电压电流传感器用于采集功率半导体器件的电压和电流信号，获得相应的电压波形和电流波形，并传输至所述电压电流调理电路；所述电压电流调理电路用于对采集的所述电压和电流信号进行放大而得到调理后的电压和电流信号，并将其发送到所述电压电流数据储存单元；所述电压电流数据储存单元用于存储调理后的电压和电流信号并将其发送到所述输出单元，所述输出单元同时与所述器件开关特性计算单元、所述结温及结温变化率估计单元连接，并将调理后的电压和电流信号传输至所述器件开关特性计算单元、所述结温及结温变化率估计单元。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述器件开关特性计算单元包括开通时间计算单元、关断时间计算单元、开通电压变化率计算单元、关断电压变化率计算单元和数据储存单元。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述结温及结温变化率估计单元包括结温估计单元和结温变化率估计单元，其中，所述结温估计单元用于在线接收所述电压电流检测单元输出的功率半导体器件的实时电流信号和所述器件开关特性计算单元输出的所述功率半导体器件的开关特性信号，并调取所述结温-开关特性-电流关系表单元中的所述功率半导体器件的结温-开关特性-电流三维表，将所述电流信号与开关特性信号代入所述结温-开关特性-电流三维表，通过查表估计所述功率半导体器件的运行结温；所述结温变化率估计单元用于根据估计的运行结温以及相应时刻，计算热时间常数和各时刻对应的结温变化率。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述故障演变状态及分类判别单元包括结温异常判别单元、结温变化率异常判别单元和异常报警与输出单元。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述结温异常判别单元将所述结温估计单元输出的所述功率半导体器件的运行结温与所述功率半导体器件的正常结温进行对比，并判断所述功率半导体器件的运行结温是否超过所述功率半导体器件的正常工作范围，进而判断所述功率半导体器件是否异常以及判别故障演变类型。