[发明专利]一种基于栅电压变化的IGBT健康监测方法

说明书

本发明公开了一种基于栅电压变化的IGBT健康监测方法，其包括以下步骤：S1、建立老化特征参数数据库，并确定失效阈值电压；S2、获取目标IGBT的工作条件，并实时监测目标IGBT栅极电压；S3、提取目标IGBT开启时栅极电压第四阶段的上升电压；S4、根据目标IGBT的工作条件将第四阶段上升电压与数据库进行比对，判断第四阶段上升电压是否超过失效阈值电压，若是则判定目标IGBT失效，否则判定目标IGBT有效，完成IGBT健康监测。本发明参数检测在器件栅极驱动电路中实施，避免了电力电子系统中的高功率部分，极大降低了监测系统设计难度，隔离简单，且在监测过程中，不影响IGBT器件的正常工作。

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体涉及一种基于栅电压变化的IGBT健康监测方法。

背景技术

IGBT作为中高功率主流的电力电子器件，广泛应用于各电力电子变化装置中，常常是电力电子变化装置失效的主因。据调查，超过1/3的电力电子系统故障是由于电力电子器件的芯片或焊接失效造成的。故研究电力电子器件的健康状态，完善器件可靠性技术，对提高电力电子系统的整体可靠性具有重要的意义。现有直接监测方法是将目标IGBT从工作环境中取出并测试其是否健康(是否失效)，该方法需要停机拆卸，需要耗费大量人力与时间。

状态监测是指在系统仍能工作时监测出系统早期微弱的故障，如果监测的特征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)，其原理是器件老化程度可以被特征数据的变化表征，已被证明是一个提高系统可靠性的低成本的高效的手段。在这些特征数据中，Vce_on(集电极与栅极间电压)是目前公认的最具潜力的可不停机监测的老化特征参数，但是在器件老化过程中其变化趋势并不单调，因此直接将其用于对IGBT的健康监测不可行。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于栅电压变化的IGBT健康监测方法解决了现有IGBT需要停机拆卸后才能进行健康监测的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种基于栅电压变化的IGBT健康监测方法，其包括以下步骤：

S1、通过循环老化实验建立与目标IGBT同规格的IGBT的老化特征参数数据库，并确定失效阈值电压；

S2、获取目标IGBT的工作条件，并实时监测目标IGBT栅极电压；

S3、将目标IGBT开启时的栅极电压分为四个阶段，并提取第四阶段上升电压；

S4、根据目标IGBT的工作条件将第四阶段上升电压与数据库进行比对，判断第四阶段上升电压是否超过失效阈值电压，若是则判定目标IGBT失效，否则判定目标IGBT有效，完成IGBT健康监测。

进一步地，步骤S3的具体方法为：

根据公式：

获取第一阶段的截止时间t₁；其中R_g为IGBT芯片简化等效电路中电阻R_G的阻值；C_ge为栅极电容的电容值；ln(·)为以常数e为底数的对数；V_th为阈值电压；V_GA为米勒平台电压；

根据公式：

获取第二阶段的截止时间t₂；其中g_m为跨导；I_L为电感电流；

根据公式：