在线监测VCE_ON的辅助逆变器IGBT功率模块失效预测方法及装置与流程

本发明涉及预测方法及装置技术领域，具体而言，尤其涉及在线监测vce_on的辅助逆变器igbt功率模块失效预测方法及装置。

背景技术：

辅助逆变器是轨道交通车辆的重要部件，其性能直接影响到空调、风机、电加热、蓄电池等。绝缘栅双极型晶体管(igbt)是逆变器核心器件，其可靠性问题已引起广泛关注。igbt状态监测对igbt功率模块及辅助逆变器可靠运行起着至关重要的作用。

igbt状态监测电气特征变量包括集电极-栅极电压vce、门极电压vg，门极电流ig等。vce与igbt键合线脱落有着密切的关系，通常将vce增大5-20％作为判断igbt模块失效的标准。

目前辅助逆变器igbt模块的失效预测方法，一种是拆卸功率模块，使用igbt静态测试仪离线测量igbt的栅极-发射极阈值电压、集电极-发射极截止电流、集电极-发射极饱和电压等静态参数等，进行igbt的失效判断；或将igbt的封装打开，使用扫描电子显微镜(scanningelectronmicroscope简称sem)观察igbt内部键合线和焊料层，判断igbt的是否失效。

技术实现要素：

根据上述提出的技术问题，而提供在线监测vce_on的辅助逆变器igbt功率模块失效预测方法及装置。本发明主要利用一种基于在线监测vce_on的辅助逆变器igbt功率模块失效预测方法，包括以下步骤：

步骤s1：在辅助逆变器正常运行时，检测实时输出相电流i和igbt功率模块在温度t下的集电极-栅极导通电压vce_on；

步骤s2：将所述实时输出相电流i和所述igbt功率模块在温度t下的首次检测到的vce_on作为基准值；

步骤s3：将(i，t，vce_on)以基准表的形式储存在存储器中，之后实时检测到的vce_on与基准值做差，当差值小于10％，则累积次数归零，返回步骤s1；当差值大于10％，则累积次数增加1次，返回步骤s1；当差值连续大于10％且所述累积次数达到设定次数时，则发出igbt模块失效故障报警。

进一步地，当绝缘栅双极型晶体管v1导通的时候，二极管d1、d2由于恒定电流源is而导通，当v1关断的时，保护检测电路的二极管d1阻碍来自母线的高压；所述二极管d1与所述二极管d2为快恢复二极管，参数完全相同。

更进一步地，当v1导通时，所述二极管d1与所述二极管d2端电压相等，即vd1＝vd2，则vce_on为：

vce_on＝vb-vd1＝vb-(va-vb)＝2vb-va(1)

其中：vce_on为集电极-栅极导通电压；va为a点电动势；vb为b点电动势；vd1为二极管d1两端电位差；vd2为二极管d2两端电位差；

则运算放大器输出vout表达式为：

vout＝vb–((va-vb)×r2/r1(2)

其中：vout为运算放大器输出电压；r1、r2为增益电阻。

增益电阻通常为几十千欧姆，如果采用r1＝r2，则输出表达式简化为：

vout＝2vb-va＝vce_on(3)

进一步地，所述运算放大器的输出电压等于vce_on，电容c1起滤波作用，d3、d4表示稳压二极管防止输出过压，采用16位及以上adc芯片。

进一步地，正常输出3ac380v/50hz电压后，采用低通滤波算法减小干扰误差：

yn＝a*xn+(1-a)*yn-1(4)

其中，xn为本次采样值；yn-1为上次的滤波输出值；a为滤波系数，a的值通常远小于1；yn为本次滤波的输出值。

进一步地，本发明还包含一种基于在线监测vce_on的辅助逆变器igbt功率模块失效预测装置，包括：功率模块温度传感模块，输出电流传感模块、igbt的vce_on的检测模块以及中央控制模块；

当所述辅助逆变器正常工作输出3ac380v/50hz电压后，所述功率模块温度传感模块采集所述辅助逆变器igbt功率模块的温度，输出电流传感器采集输出电流，所述辅助逆变器igbt功率模块的vce_on检测电路采集igbt集电极-栅极的导通电压，通过adc芯片，将模拟量信号变成数字信号传输给所述中央控制模块，将实时的vce_on与基准值比较超过10％且累积次数达到设定次数，发出所述辅助逆变器igbt功率模块故障信号。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明能够在线预测辅助逆变器的igbt是否失效，在不拆卸辅助逆变器igbt模块的情况下，确定辅助逆变器的igbt模块的可靠性。

本发明在不拆卸辅助逆变器igbt模块的情况下，该发明能够在线预测辅助逆变器的igbt失效，报故障后及时更换igbt模块，提高辅助逆变器的可靠性。有效的提高工作效率，无需后期建立数据库，定期测试记录，节省时间成本。在辅助逆变器原硬件与软件框架上搭建，测量简单，易实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明辅助逆变器的igbt功率模块失效预测装置主电路控制原理图。

图2为本发明vce_on的检测电路图。

图3为本发明预测流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1-3所示，本发明一种基于在线监测vce_on的辅助逆变器igbt功率模块失效预测方法，包括以下步骤：

步骤s1：在辅助逆变器正常运行时，检测实时输出相电流i和igbt功率模块在温度t下的集电极-栅极导通电压vce_on；

步骤s2：将所述实时输出相电流i和所述igbt功率模块在温度t下的首次检测到的vce_on作为基准值；

s3：将(i，t，vce_on)以基准表的形式储存在存储器中，之后实时检测到的vce_on与基准值做差，当差值小于10％，则累积次数归零，返回步骤s1；当差值大于10％，则累积次数增加1次，返回步骤s1；当差值连续大于10％且所述累积次数达到设定次数时，则发出igbt模块失效故障报警。

作为一种优选的实施方式，在本申请中，当绝缘栅双极型晶体管v1导通的时候，二极管d1、d2由于恒定电流源is而导通，当v1关断的时，保护检测电路的二极管d1阻碍来自母线的高压；所述二极管d1与所述二极管d2为快恢复二极管，参数完全相同。

当v1导通时，所述二极管d1与所述二极管d2端电压相等，即vd1＝vd2，则vce_on为：

vce_on＝vb-vd1＝vb-(va-vb)＝2vb-va(1)

其中：vce_on为集电极-栅极导通电压；va为a点电动势；vb为b点电动势；vd1为二极管d1两端电位差；vd2为二极管d2两端电位差；

则运算放大器输出vout表达式为：

vout＝vb–((va-vb)×r2/r1(2)

其中：vout为运算放大器输出电压；r1、r2为增益电阻。

增益电阻通常为几十千欧姆，如果采用r1＝r2，则输出表达式简化为：

vout＝2vb-va＝vce_on(3)

所述运算放大器的输出电压等于vce_on，电容c1起滤波作用，d3、d4表示稳压二极管防止输出过压，采用16位及以上adc芯片。

作为优选地实施方式，正常输出3ac380v/50hz电压后，采用低通滤波算法减小干扰误差：

yn＝a*xn+(1-a)*yn-1(4)

其中，xn为本次采样值；yn-1为上次的滤波输出值；a为滤波系数，a的值通常远小于1；yn为本次滤波的输出值。

本发明还包含一种基于在线监测vce_on的辅助逆变器igbt功率模块失效预测装置，包括：功率模块温度传感模块，输出电流传感模块、igbt的vce_on的检测模块以及中央控制模块；

当所述辅助逆变器正常工作输出3ac380v/50hz电压后，所述功率模块温度传感模块采集所述辅助逆变器igbt功率模块的温度，输出电流传感器采集输出电流，所述辅助逆变器igbt功率模块的vce_on检测电路采集igbt集电极-栅极的导通电压，通过adc芯片，将模拟量信号变成数字信号传输给所述中央控制模块，将实时的vce_on与基准值比较超过10％且累积次数达到设定次数，发出所述辅助逆变器igbt功率模块故障信号。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器、数字信号处理器、现场可编程门阵列、单片机或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。