件在不同散热和传导途径条件下的热响应情况，从而为系 统热设计方案提供评估作用。通过热暂态实验，设定IGBT的等同电路结构，一般用热阻、热 容来等效热量传导过程的动态响应行为，可用下式来描述IGBT的热响应行为。
[0047]
[004引式中，Rthi为第i阶热阻，Cthi为第i阶热容。
[0049] 如图1所示，本发明实施例所提供的检测装置还包括退化检测模块，用于根据运行 工况参数、IGBT的结构和结溫和溫升，检测IGBT的性能退化程度。由于IGBT的各结构在正常 运行工况下，承受不同的应力，同时，器件各构件由不同的材料组成。
[0050] 因此，对于不同的应力，各种材料行为特性不尽相同。比如，对于机械应力，各材 料呈现出不同的应变和疲劳特性;对于溫度应力，不同材料表现出不同的CTE。
[0051] 因此，本发明实施例中的退化检测模块可用于对溫度、应力进行周次统计处理，进 而获得不同的溫度、应力对应的失效周期，能够更好地评估IGBT的退化程度。其中，溫度、应 力周次统计处理过程一般分为两个步骤:第一步是应力信息预处理过程，即将溫度、应力随 时间的变化曲线，通过预处理技术，转换成一组随时间幅度不断变化的折线。第二步是应用 统计算法，计算给定溫度、应力谱的循环周次;典型的是应用雨流统计算法，将整个折线中 出现的所有波动幅值按照一定规则划分为诺干等差的幅值级别，再统计分析出各幅度级别 所对应的循环次数，最终得到溫度-频次形式的载荷统计结果，为后续计算器件材料疲劳损 失及寿命评估提供数据支持。
[0052] 另外，由于IGBT失效过程是多因素共同作用的结果，因此在不同的应力作用下， IGBT所表征的退化行为是不同的。随着封装技术的不断改进，IGBT的寿命有了很大提高，目 前，焊层4的疲劳与侣键合线6的脱落已成为两种最重要的失效机制。
[0053] 本发明在大量可靠性实验基础上，可提出包含一系列影响因子的多参数退化模 型，如下式所示。
[0054] 化= FUN( ATj，Tj，I，V，D)
[0055] 式中，器件失效前工作周期数表现为结溫Tj、溫升Δ Tj、电流I、电压V及侣键合线几 何尺寸S的函数关系。
[0056] 本发明实施例中，采用多信息融合技术，实现对器件不同维度采集信息的综合处 理和分析，据此推断器件实时退化程度和状态，即基于"大数据"进行分析和处理。
[0057] 信息融合技术是一项多源信息综合处理新技术，是将系统中若干相同类型或不同 类型的传感器所提供的相同或不同形式、同时刻或不同时刻的测量信息加 W分析、处理与 综合，得到被测对象全面、一致的估计。多源信息融合的结果可得到比单一信息源更精确更 完整的判断。
[0058] 具体的，多参数退化模型可表示为如下形式：
[0059] 化= KiXNi( ATj)+K2XN2(Tj)+K3X化（I)+K4XN4(V)+K5X化（S)
[0060] 式中，Ni为对应不同失效因素的器件工作周期数，Κι为对应不同失效因素的融合 算子（即比例），其它符号同前。具体的，化为对应溫升A Tj的器件工作周期数，Κι为对应溫升 A Tj的融合算子;化为对应结溫Tj的器件工作周期数，Κ2为对应结溫Tj的融合算子;化为对应 电流I的器件工作周期数，拉为对应电流I的融合算子;N4为对应电压V的器件工作周期数，K4 为对应电压V的融合算子;化为对应侣键合线几何尺寸S的器件工作周期数，K5为对应侣键合 线几何尺寸S的融合算子。
[0061] 显然，IGBT的性能退化程度并非由一个或两个因素导致的，而是需要对IGBT的工 作过程进行细致的研究、了解，考虑各个潜在的因素的作用。分别分析各个潜在的因素对 IGBT的性能的影响，最终，得到会对IGBT的性能造成影响、损耗的多个因素。因此，在检测 IGBT时，应当结合多个因素的综合作用，才可较为科学、准确地检测到IGBT的性能退化程 度。
[0062] 继而，本发明实施例的寿命检测模块可根据准确的性能退化程度，检测绝缘栅双 极型晶体管的消耗寿命。根据米勒线性损伤累加理论，可知每个溫度循环和功率循环都会 对IGBT寿命造成一定的损伤，损伤逐渐积累到一定程度后，最终将导致IGBT失效。
[0063] IGBT的寿命消耗可借助如下公式来进行计算和评估。当D含1时，表示IGBT失效。
[0064]
[00化]式中，化表示各结溫溫升所对应消耗次数，表示各结溫溫升所对应的理论寿命 次数。
[0066] 预警模块在检测到消耗寿命大于或等于预设寿命，即D ^ 1时，进行失效报警，W特 定的预警铃声或在用户监控界面弹出警告窗口，提示用户及时将IGBT进行更换。
[0067] 综上，本发明实施例提供了一种IGBT的在线健康管理装置，该在线健康管理装置 通过IGBT的运行工况参数、结合IGBT的结构，检测IGBT的寿命情况，W及时将IGBT的寿命情 况反馈给用户，让用户及时维护并更换IGBT，保证设置有IGBT的设备能够正常工作。
[0068] 进一步的，本发明实施例还提供了一种绝缘栅双极型晶体管的在线健康管理方 法，如图3所示，该方法包括：
[0069] 步骤S101、根据绝缘栅双极型晶体管的运行工况参数，结合绝缘栅双极性晶体管 的结构，检测绝缘栅双极性晶体管的结溫和溫升。
[0070] 步骤S102、根据运行工况参数、绝缘栅双极性晶体管的结构和结溫和溫升，检测绝 缘栅双极性晶体管的性能退化程度。
[0071] 步骤S103、根据性能退化程度，检测绝缘栅双极型晶体管的消耗寿命。
[0072] 虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采 用的实施方式，并非用W限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本 发明所公开的精神和范围的前提下，可W在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化， 但本发明的专利保护范围，仍须W所附的权利要求书所界定的范围为准。
【主权项】
1. 一种绝缘栅双极型晶体管的在线健康管理装置，其特征在于，包括： 电热检测模块，用于根据所述绝缘栅双极型晶体管的运行工况参数，结合所述绝缘栅 双极性晶体管的结构，检测所述绝缘栅双极性晶体管的结温和温升； 退化检测模块，用于根据所述运行工况参数、所述绝缘栅双极性晶体管的结构和所述 结温和温升，检测所述绝缘栅双极性晶体管的性能退化程度； 寿命检测模块，用于根据所述性能退化程度，检测所述绝缘栅双极型晶体管的消耗寿 命。2. 根据权利要求1所述的在线健康管理装置，其特征在于，还包括： 采样模块，用于采集所述绝缘栅双极型晶体管的运行工况参数； 极值检测模块，用于检测所述运行工况参数是否位于各自对应的极值范围之内，若是， 将所述运行工况参数发送给所述电热检测模块。3. 根据权利要求2所述的在线健康管理装置，其特征在于，还包括： 预警模块，用于检测所述消耗寿命是否大于或等于预设寿命，若是，进行失效报警。4. 根据权利要求3所述的在线健康管理装置，其特征在于， 若所述极值检测模块检测到有运行工况参数位于其对应的极值范围之外，将检测结果 通知所述预警模块； 所述预警模块还用于根据所述极值检测模块的检测结果，进行失效报警。5. 根据权利要求1至4任一项所述的在线健康管理装置，其特征在于， 所述运行工况参数至少包括电流、电压和工作温度。6. 根据权利要求5所述的在线健康管理装置，其特征在于， 所述退化检测模块用于根据各运行工况参数、所述绝缘栅双极性晶体管的结构和所述 结温和温升对应的失效工作周期，结合各运行工况参数、所述绝缘栅双极性晶体管的结构 和所述结温和温升对应的融合算子，检测所述绝缘栅双极性晶体管的性能退化程度。7. -种绝缘栅双极型晶体管的在线健康管理方法，其特征在于，包括： 根据所述绝缘栅双极型晶体管的运行工况参数，结合所述绝缘栅双极性晶体管的结 构，检测所述绝缘栅双极性晶体管的结温和温升； 根据所述运行工况参数、所述绝缘栅双极性晶体管的结构和所述结温和温升，检测所 述绝缘栅双极性晶体管的性能退化程度； 根据所述性能退化程度，检测所述绝缘栅双极型晶体管的消耗寿命。8. 根据权利要求7所述的在线健康管理方法，其特征在于，还包括： 根据所述性能退化程度，检测所述绝缘栅双极型晶体管的运行状态。9. 根据权利要求8所述的在线健康管理方法，其特征在于，在根据所述绝缘栅双极型晶 体管的运行工况参数，结合所述绝缘栅双极性晶体管的结构，检测所述绝缘栅双极性晶体 管的结温和温升之前，所述在线健康管理方法还包括： 采集所述绝缘栅双极型晶体管的运行工况参数； 检测所述运行工况参数是否位于各自对应的极值范围之内，若是，将所述运行工况参 数发送给所述电热检测模块。10. 根据权利要求9所述的在线健康管理方法，其特征在于，若检测到有运行工况参数 位于其对应的极值范围之外时，所述在线健康管理方法还包括： 根据所述极值检测模块的检测结果，进行失效报警。
【专利摘要】本发明公开了一种绝缘栅双极型晶体管的在线健康管理装置，属于电子电路技术领域，以解决现有技术中无法在IGBT工作的过程中对IGBT的寿命进行检测的技术问题。该在线健康管理装置包括：电热检测模块，用于根据所述绝缘栅双极型晶体管的运行工况参数，结合所述绝缘栅双极性晶体管的结构，检测所述绝缘栅双极性晶体管的结温和温升；退化检测模块，用于根据所述运行工况参数、所述绝缘栅双极性晶体管的结构和所述结温和温升，检测所述绝缘栅双极性晶体管的性能退化程度；寿命检测模块，用于根据所述性能退化程度，检测所述绝缘栅双极型晶体管的消耗寿命。
【IPC分类】G01R31/26
【公开号】CN105486992
【申请号】CN201510745148
【发明人】刘文业, 杨进锋, 胡家喜, 李彦涌, 罗剑波, 傅航杰
【申请人】南车株洲电力机车研究所有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月5日...