[发明专利]一种功率器件IGBT开路故障注入方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率器件IGBT开路故障注入方法及系统，属于电路故障注入和信号处理等领域。

背景技术

功率器件IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)长期处于高频调制下，承受高电压、大电流，开关损耗较大、发热较为严重。研究表明，大部分电力电子设备失效都起因于功率器件IGBT的开路或短路故障。通常短路故障持续时间极短，且会很快烧坏功率器件最终仍表现为开路故障。而功率器件IGBT发生开路故障时，往往并不会停止运行，因而造成其它未故障器件负荷超载，加速了器件的损坏速度，容易引发二次故障的发生。特别是，如果故障得不到及时处理，长时间超载运行后，会加速器件的老化，严重影响系统的运行性能和器件使用寿命。因此，对于功率器件IGBT的开路故障诊断及容错技术的研究业已成为热点。

按照IGBT受到不同干扰影响下的故障严重程度和故障持续时间等的不同，可将IGBT开路故障信号形式分为：永久型、间歇型和瞬态型故障；其中，永久型开路故障最为严重，而间歇型故障则发生频率较高。在数字电路系统中间歇型故障占所有可能发生故障的90％；在混合电路系统中，间歇型故障发生的频率是永久故障的10～30倍。间歇型故障对系统性能和设备的安全构成了巨大的威胁。

为了检验IGBT对干扰因素的忍耐能力和降低IGBT发生开路故障后带来的不安全因素，许多厂商和学者在产品设计、生产和运行阶段都要进行安全测试。其中，故障注入作为一种重要的安全测试技术手段，其研究可以追溯到上世纪70年代，国内外对于故障注入的研究与应用随着技术的成熟逐渐扩展到各个领域。在IGBT开路故障注入的研究中，常采用直接切断IGBT栅极驱动控制信号的开关式方法模拟开路故障状态。此方法虽然简单、可实施性较强，但无法模拟间歇型和瞬态型等故障信号，且在模拟故障信号的同时，会因切断包含各种噪声干扰的原有正常信号，而难以实现接近真实的故障模拟。

针对上述情况，尚未见到合适的解决方案，这给在有噪声干扰信号情况下，对于不同IGBT开路故障表现形式的模拟和研究带来了困难。因此，需设计一种功率器件IGBT开路故障注入方法及系统，为IGBT开路故障的诊断和容错等技术研究提供安全、可靠、接近真实的故障注入/模拟/仿真与测试，具有较强的适用性。

发明内容

本发明提供一种功率器件IGBT开路故障注入方法及系统，能为IGBT开路故障的诊断和容错等技术研究提供安全、可靠、接近真实的故障注入/模拟/仿真与测试。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种功率器件IGBT的开路故障注入方法，包括以下步骤：

步骤一：在一个完整的故障注入试验周期内，建立所述功率器件IGBT开路故障注入信号的时间序列描述；

步骤二：针对所述功率器件IGBT开路故障注入信号的时序描述，按照对周期相同或相近的信号进行归类的原则，将整个测试周期内所有除噪声信号外的注入信号划分为不同子周期下的不同组注入信号，建立所述IGBT开路故障注入信号的伪周期时间序列描述；用以模拟永久型、间歇型、瞬态型及其任意组合的故障信号；

步骤三：构建所述功率器件IGBT开路故障注入器，用于生成模拟IGBT开路故障的伪周期时序信号，即故障注入信号，并叠加到正常信号上输出调理信号；

步骤四：将步骤三所构建的故障注入器以串行连接方式接入到所述功率器件IGBT的控制信号接收端；设置被测IGBT故障注入信号的触发值和故障注入器的所有参数；控制故障注入器输出调理信号，并将其注入到被测IGBT的控制信号接收端。

优选地，所述的步骤一包括以下内容：

在一个完整的故障注入试验周期内，描述功率器件IGBT故障注入信号的时间序列，公式为：

式中Γ(t)为阶跃函数，μ_q,v_q分别表示第q个故障注入信号的触发时刻和结束时刻，显然有μ_q＜v_q＜μ_q+1；第q个故障注入信号的持续时间为τ_q＝v_q-μ_q，第q个与第q+1个故障信号触发的间隔时间为f_q表示为第q个故障注入信号关于故障严重程度的数值表征；ξ(t)为随机噪声或干扰。

优选地，所述的步骤二包括以下内容：