SiCMOSFET栅极氧化物健康状态在线监测方法与流程

本发明属于智能监测装置，尤其涉及一种sic mosfet栅极氧化物健康状态在线监测方法。

背景技术：

1、目前，sic mosfet相比si mosfet和si igbt具有更快的开关速度、更高的击穿电压和更高的运行温度等优点，近年来逐渐得到广泛应用。然而sic mosfet中sic-sio2界面处存在的大量近界面缺陷容易捕获电子，造成sic mosfet的栅极氧化物退化，使其阈值电压发生偏移，危害sic变换器的安全可靠运行。为了增强sic变换器的可靠性，对sic mosfet栅极氧化物健康状态进行在线监测非常重要。

2、目前已有的sic mosfet栅极氧化物健康状态在线监测方法包括基于栅极漏电流的方法、基于米勒平台电压的方法、基于米勒平台时间的方法、基于导通压降的方法和基于栅极充电时间的方法等方法。而现有的这些方法存在无法实现在线监测、受运行工况的影响较大和准确度较低等诸多问题，急需一种稳定、可靠的栅极氧化物健康状态在线监测方法以提升sic变换器的可靠性和稳健性。

3、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

4、现有的sic mosfet栅极氧化物健康状态在线监测方法存在无法实现在线监测、受运行工况的影响较大和准确度较低的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种sic mosfet栅极氧化物健康状态在线监测方法。

2、本发明是这样实现的，一种sic mosfet栅极氧化物健康状态在线监测方法，通过在线监测sic mosfet栅极氧化物的健康状态。它利用电流传感器判断电流方向，当负载电流反向流过待测器件且待测器件处于导通状态时，触发在线监测程序。然后，通过给待测器件输入电容放电，测量栅极电压变化率，并使用比较器将其与参考值进行比较。当栅极电容降低至设定的参考值时，比较器输出信号触发锁存器，将待测器件栅极电压锁存在参考值。最后，通过采样和记录栅极电压的数值，并与过去的数值进行比较，就可以判断栅极氧化物的健康状态。这种方法实现了对sic mosfet栅极氧化物的在线监测和健康状态判断，提高了设备的可靠性和安全性。

3、进一步，包括以下步骤：

4、借助电流传感器判断电流方向，当负载电流反向流过待测器件且待测器件处于导通状态时(即同步导通状态)，触发在线监测程序；

5、待测器件导通后使用电流源给待测器件输入电容放电。在线监测程序触发后，m信号拉低，n-mosfet s1关断，切断电流源向栅极驱动的流通路径，电流源输出电流ics开始向右流经待测器件的输入电容，由于该电流方向为流出待测器件栅极，所以待测器件vgs会逐渐降低，该过程满足电容基本方程c dvgs/dt＝ic。

6、使用运算放大器构成微分运算电路实时测量栅极电压变化率dvgs/dt；

7、比较器的参考值设置为vref，当待测器件输入电容ciss降低至cref时，微分运算电路输出电压vdif(dvgs/dt)增大至vref，比较器输出电压vcmp拉高，rs锁存器输出信号q拉低，关断n-mosfet s2，切断电流源输出，使得待测器件vgs锁存在vref；

8、rs锁存器的反向输出nq拉高，触发adc对vgs进行采样，将此时的vref采集进入微控制器进行记录，通过和过去值的对比，即能够判断栅极氧化物的健康状态。

9、进一步，所述s101中的电流传感器通常接在变换器的负载侧。

10、进一步，所述s102中的电流源输出电流ics可看作保持恒定，微分电路输出电压vdif(dvgs/dt)反比于待测器件的输入电容。

11、本发明的另一目的在于提供一种实施所述sic mosfet栅极氧化物健康状态在线监测方法的sic mosfet栅极氧化物健康状态在线监测系统，所述sic mosfet栅极氧化物健康状态在线监测系统包括：

12、电流判断模块，用于判断电流方向，发送监测执行，包括一个电流传感器；

13、电流源模块，用于给待测器件输入电容放电，包含一个输出电流恒定的电流源电路；

14、微分运算模块，用于构成微分运算电路，实时测量数据dvgs/dt；

15、vref锁定模块，与微分运算模块连接，用于锁定待测器件的vref；

16、采样对比模块，与vref锁定模块连接，用于对vref采样记录，并和过去值对比，判断栅极氧化物的健康状态。

17、本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述sic mosfet栅极氧化物健康状态在线监测方法的步骤。

18、本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述sic mosfet栅极氧化物健康状态在线监测方法的步骤。

19、本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述sic mosfet栅极氧化物健康状态在线监测系统。

20、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

21、第一、本发明解决了现有的sic mosfet栅极氧化物健康状态在线监测方法存在无法实现在线监测、受运行工况的影响较大和准确度较低的问题。

22、第二，本发明可以实现在线监测：利用sic mosfet体二极管或反并联二极管的续流能力，在电流反向流通时运行监测程序，可以在不影响变换器正常运行的前提下，在线监测出栅极氧化物的健康状态。

23、本发明不受变换器运行工况的影响：选取的监测参数只与栅极氧化物的健康状态有关，而与器件温度、负载电流等运行工况参数无关。

24、本发明准确度高：能够准确地评估栅极氧化物的健康状态，从而为变换器的运行提供重要的维护信息。

25、本发明结构简单：所需器件和电路较为简单，能够容易地集成到栅极驱动电路中，不会显著增加系统复杂程度。

26、第三，本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：本发明能够为驱动板厂商提供栅极氧化物健康状态在线监测的技术方案，帮助其提升驱动板产品的综合性能。本发明能够帮助变换器整机厂商提升整机产品的可靠性，降低故障风险，减小故障损失。本发明能够为功率变换器用户提供功率半导体器件健康状态信息，指导其进行定期维护。

27、本发明的技术方案解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：本发明的技术方案能够实现在不影响变换器正常运行的前提下在线监测栅极氧化物健康状态，能够在不停机的前提下获取功率半导体器件的健康信息；本发明的技术方案不受温度等运行工况的影响，监测的准确性较高。

28、第四，本发明带来了以下显著的技术进步：

29、1.在线监测能力：传统上，对于sic mosfet栅极氧化物的健康状态监测通常需要停机检测或离线测试。该方法通过在线监测程序，实现了对器件健康状态的实时监测。这大大提高了故障检测的及时性和效率。

30、2.非侵入性检测：该方法利用电流传感器判断电流方向，并在负载电流反向流过待测器件且待测器件处于导通状态时进行监测，无需修改器件的工作状态或添加额外的测试电路。因此，它对被测器件的影响非常小，实现了非侵入性的健康状态监测。

31、3.栅极电压变化率测量：通过使用微分运算电路实时测量栅极电压变化率，该方法能够精确地监测栅极电容的变化情况。这提供了一种敏感且准确的手段来检测栅极氧化物的健康状况。

32、4.健康状态判断算法：通过比较栅极电容降低至设定的参考值和过去记录的数值，该方法能够判断栅极氧化物的健康状态。这种基于比较和记录的算法为故障诊断和预测提供了便利，使得维护人员能够及时采取措施，提高设备的可靠性和寿命。

33、综上所述，该方法通过实现在线监测、非侵入性检测、栅极电压变化率测量和健康状态判断算法等技术进步，为sic mosfet栅极氧化物的健康状态监测提供了一种高效、准确和可靠的解决方案。