一种IGBT可靠性的预测方法

本发明涉及igbt可靠性建模并通过建模获得可靠性预测的方法。

背景技术：

1、绝缘栅双极晶体管(igbt，insulated gate bipolar transistor)是一种功率半导体器件，它结合了双极型晶体管和场效应晶体管的优点，利用了场效应晶体管的高输入阻抗和双极型晶体管的高电流驱动能力，使其具有低的开关损耗和高的开关速度，电力电子系统中使用的开关中约有42％是igbt，同时igbt也是电机驱动系统中第二易受攻击的组件，igbt性能的逐渐退化降低了电子设备的工作效率，而器件的失效也会引起整个电子系统的失效，igbt故障成本占系统成本的比例在80％左右。

2、为了防止系统因igbt故障而停止运行，减少电力电子设备运行过程中因igbt故障导致电力系统停运造成的重大损失，提高电力系统运行的稳定性，因此，需要一种预测igbt可靠性的方法保证设备的安全可靠运行。但是，尽管现在一定程度上可以基于统计的方法或经验预测igbt的可靠性，但它们存在对复杂关系的建模困难、特征提取的限制以及解释性的不足等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有igbt可靠性预测方法建模困难、特征提取限制，模型可解释性也较差的问题，提供了一种igbt可靠性的预测方法。

2、本发明的一种igbt可靠性的预测方法，具体步骤如下：

3、步骤一、将需预测可靠性的igbt的预计工作时长输入至训练好的可靠性预测模型，得到igbt的集电极-发射极关断瞬时峰值电压预测值；

4、步骤二、将集电极-发射极关断瞬时峰值电压预测值与预设的可集电极-发射极关断瞬时峰值电压阈值比较，在集电极-发射极关断瞬时峰值电压预测值小于集电极-发射极关断瞬时峰值电压阈值时，判断igbt在预计工作时长后状态可靠。

5、进一步地，步骤一中，，可靠性预测模型的训练过程如下：

6、步骤一一、建立符号回归模型；

7、步骤一二、获取多组训练数据，每组训练数据均包括igbt的老化周期和老化周期内集电极-发射极关断瞬时峰值电压实际值；

8、将igbt的老化周期均作为符号回归模型的输入参数，将老化周期内集电极-发射极关断瞬时峰值电压实际值均作为符号回归模型的输出参数，对符号回归模型进行训练，得到训练好的可靠性预测模型。

9、进一步地，符号回归模型的训练过程需满足如下条件：

10、在每次迭代结束时输出最佳解析式并在种群之间迁移，迭代次数设置为40；

11、每迭代10个总体样本要运行的总突变数设置为550；

12、运行时的种群数量设置为15；种群规模设置为33；

13、训练符号回归模型的最大复杂度设置为20；

14、超时搜索时间设置为20s；

15、处理复杂度的乘法因子设置为0.00320。

16、进一步地，得到的可靠性预测模型为：

17、

18、其中，x是igbt的预计工作时长，y是集电极-发射极关断瞬时峰值电压预测值。

19、进一步地，获得步骤一中igbt的老化周期，以及对应的集电极-发射极关断瞬时峰值电压实际值的过程为：

20、在设定的温度下，向igbt输入不同栅极方波信号和集电极-发射极电流进行热过应力老化实验，得到igbt在不同栅极方波信号和集电极-发射极电流下的老化周期和老化周期内对应的集电极-发射极关断瞬时峰值电压实际值。

21、进一步地，温度为330℃。

22、进一步地，栅极方波信号的脉宽调幅为10v，脉宽调制频率为10khz，脉宽调制占空比40％。

23、进一步地，步骤一中对初始预测模型进行训练前，还包括：

24、对集电极-发射极关断瞬时峰值电压实际值进行预处理的过程；

25、预处理包括数据离群点的剔除和数据的降噪。

26、进一步地，数据离群点的剔除包括如下过程：

27、通过孤立森林法检测到数据离群点后，对数据离群点进行剔除。

28、进一步地，通过s-g滤波器对数据进行降噪。

29、本发明的有益效果是：

30、本发明通过基于符号回归的方法建立igbt可靠性预测的解析模型，相比于基于统计的方法或经验模型，该方法能够更好地捕捉igbt特征与峰值电压之间的非线性关系，具有较高的精度；通过建立简洁的解析模型，不需要大量的训练数据和复杂的模型训练过程，能够更快速地建立模型并进行预测，在计算资源和计算时间上具有较高的效率；通过解析模型构建，能够提供对igbt行为的物理可解释性，可以深入理解影响可靠性预测的因素，并进行模型的解释和验证

技术特征：

1.一种igbt可靠性的预测方法，其特征在于，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种igbt可靠性的预测方法，其特征在于，步骤一中，可靠性预测模型的训练过程如下：

3.根据权利要求2所述的一种igbt可靠性的预测方法，其特征在于，所述符号回归模型的训练过程需满足如下条件：

4.根据权利要求1、2或3所述的一种igbt可靠性的预测方法，其特征在于，可靠性预测模型为：

5.根据权利要求4所述的一种igbt可靠性的预测方法，其特征在于，获得步骤一中igbt的老化周期，以及对应的集电极-发射极关断瞬时峰值电压实际值的过程为：

6.根据权利要求5所述的一种igbt可靠性的预测方法，其特征在于，所述温度为330℃。

7.根据权利要求5或6所述的一种igbt可靠性的预测方法，其特征在于，栅极方波信号的脉宽调幅为10v，脉宽调制频率为10khz，脉宽调制占空比40％。

8.根据权利要求5或6所述的一种igbt可靠性的预测方法，其特征在于，步骤一中对初始预测模型进行训练前，还包括：

9.根据权利要求8所述的一种igbt可靠性的预测方法，其特征在于，数据离群点的剔除包括如下过程：

10.根据权利要求8或9所述的一种igbt可靠性的预测方法，其特征在于，通过s-g滤波器对数据进行降噪。

技术总结
本发明的一种IGBT可靠性的预测方法，涉及IGBT可靠性建模并通过建模获得可靠性预测的方法。目的是为了克服现有IGBT可靠性预测方法建模困难、特征提取限制，模型可解释性也较差的问题，具体步骤如下：步骤一、将需预测可靠性的IGBT的预计工作时长输入至训练好的可靠性预测模型，得到IGBT的集电极‑发射极关断瞬时峰值电压预测值；步骤二、将集电极‑发射极关断瞬时峰值电压预测值与预设的可集电极‑发射极关断瞬时峰值电压阈值比较，在集电极‑发射极关断瞬时峰值电压预测值小于集电极‑发射极关断瞬时峰值电压阈值时，判断IGBT在预计工作时长后状态可靠。

技术研发人员：刘超铭,芮二明,高乐,焦强,田雨,王天琦,霍明学
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15