[发明专利]一种IGBT性能退化特征参数的提取方法

说明书

本发明提出了一种IGBT性能退化特征参数的提取方法，旨在提高对IGBT退化在线监测的精度，实现步骤为：(1)采集IGBT性能退化的检测数据；(2)计算拖尾电流的拟合系数和栅极漏电流的拟合系数；(3)构建IGBT的特征矩阵；(4)对特征矩阵进行核主成分分析；(5)构建样本集和健康样本集；(6)获取IGBT的性能退化特征参数。通过对漏电流拟合系数、拖尾电流拟合系数和饱和开态电压三种退化特征进行核主成分分析，剔除了冗余信息，同时使用贡献率作为加权马氏距离的权重参考，通过加权马氏距离得到了IGBT性能退化特征参数，提高了IGBT性能退化特征参数的准确性，本发明可应用于对IGBT性能退化进行在线监测。

技术领域

本发明属于电力电子器件与装置可靠性技术领域，涉及一种IGBT性能退化特征参数的提取方法，具体涉及一种基于核主成分分析和加权马氏距离的IGBT性能退化特征参数的提取方法，可应用于对IGBT性能退化进行在线监测。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管IGBT(insulated gate bipolar transistor)是由双极型三极管和绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。IGBT具有输入阻抗高、快速开关、电流密度大、导通压降低等优点，被广泛应用于逆变器、电机传动控制、汽车、轨道交通等民用领域，而且在航空、航天等军事领域也拥有很好的发展前景。

但是IGBT在面对过高电压和高温等恶劣环境时容易发生失效，如果IGBT突然发生失效，轻则造成电子设备出现故障停机，重则造成严重事故。因此，需要提取表征IGBT性能退化的特征参数并根据性能退化特征参数对IGBT性能退化进行在线监测，实现提前更换维护、降低维护成本和提高系统稳定性。

性能退化特征参数是一种表征系统退化状态的参数，能够衡量系统的健康状态，也称为特征参数或退化因子或性能参数或退化指标或退化参数。目前国内外表征IGBT的性能退化状态多采用单一退化特征建立性能退化特征参数，如饱和开态电压、集电极电流、栅极电压、栅极阈值电压、开通/关断时间、结温、导通电阻、拖尾电流拟合系数。然而由于不同性能退化特征参数包含的IGBT性能退化信息不同，另外性能退化特征参数对IGBT性能退化机制的敏感度不同，因此单一退化特征不能全面的表征IGBT的性能退化过程。有效地建立融合多退化特征的性能退化特征参数能够提高性能退化特征参数对IGBT性能退化过程表征的准确性，进而提高了IGBT性能退化在线监测的精度，具有重要意义。

例如，申请公布号为CN106124957A，名称为“一种绝缘栅双极型晶体管退化的在线监测方法”的专利申请，公开了一种基于结温优化的IGBT退化参数提取方法。该方法首先检测IGBT在正常情况下表征结温水平的不变压降和表征性能退化程度的导通电阻，并计算相同结温下导通电阻变化量与结温变化量的比例系数；其次在线检测IGBT在性能退化情况下的不变压降和导通电阻，结合正常情况下得到的比例系数对导通电阻进行去结温影响的优化。该方法考虑了结温对导通电阻的影响，得到了更能代表IGBT性能退化状态的性能退化特征参数，实现了对IGBT性能退化的在线监测。其存在的不足之处是，首先该方法采用的IGBT性能退化特征参数只有一种，不能全面地包含IGBT性能退化信息，不利于实现高精度的IGBT性能退化的在线监测。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提供了一种IGBT性能退化特征参数的提取方法，旨在提高对IGBT性能退化在线监测的精度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括如下步骤：

(1)采集IGBT性能退化的检测数据：

采集IGBT在每一个开通/关断周期的开通状态集电极-发射极的饱和开态电压Vce-onⁱ、关断状态T时间段内集电极的拖尾电流和栅极的漏电流并将m个开通/关断周期内所采集的检测数据组成检测数据矩阵其中i＝1,2…m，m≥2，tⁱ表示第i个开通/关断周期采集数据的时间点；

(2)计算的拟合系数和的拟合系数：