本發(fā)明涉及igbt故障檢測(cè)，具體涉及一種rc-igbt故障檢測(cè)與診斷方法。

背景技術(shù)：

1、rc-igbt（反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管）是現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)中的關(guān)鍵功率半導(dǎo)體器件，廣泛應(yīng)用于高壓變流器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和新能源電力系統(tǒng)等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的igbt故障檢測(cè)方法主要依賴于靜態(tài)參數(shù)測(cè)量和簡(jiǎn)單的電氣特性分析，這些方法存在諸多局限性?，F(xiàn)有技術(shù)通常采用單一參數(shù)監(jiān)測(cè)，如直流參數(shù)測(cè)量、開(kāi)關(guān)損耗分析或溫度特性檢測(cè)，這些方法難以準(zhǔn)確地反映rc-igbt的實(shí)際工作狀態(tài)和潛在故障，以及其對(duì)不同開(kāi)關(guān)頻率的響應(yīng)情況。

2、傳統(tǒng)方法主要依賴于單一參數(shù)，如靜態(tài)參數(shù)測(cè)量（如漏極-源極飽和電壓vce(sat)）或直流參數(shù)分析，這些方法無(wú)法全面捕捉器件的動(dòng)態(tài)特性變化。當(dāng)rc-igbt在復(fù)雜工作環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，單一參數(shù)難以準(zhǔn)確反映其實(shí)際性能退化情況。因此，現(xiàn)有技術(shù)存在rc-igbt故障診斷精度低的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供的一種rc-igbt故障檢測(cè)與診斷方法解決了現(xiàn)有技術(shù)存在rc-igbt故障診斷精度低的問(wèn)題。

2、為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種rc-igbt故障檢測(cè)與診斷方法，包括以下步驟：

3、s1、分別對(duì)rc-igbt管的柵極施加低頻、中頻、高頻三種脈沖信號(hào)，采集rc-igbt管的集電極和發(fā)射極之間的電壓信號(hào)；

4、s2、對(duì)電壓信號(hào)中每個(gè)開(kāi)關(guān)周期計(jì)算畸變值，構(gòu)建畸變值序列；

5、s3、對(duì)畸變值序列計(jì)算畸變時(shí)間惡化系數(shù)；

6、s4、對(duì)每個(gè)畸變值序列取均值，得到畸變均值，并計(jì)算畸變頻率惡化系數(shù)；

7、s5、根據(jù)低頻、中頻、高頻對(duì)應(yīng)的畸變均值，基于畸變時(shí)間惡化系數(shù)和畸變頻率惡化系數(shù)的修正，得到rc-igbt故障診斷值。

8、進(jìn)一步地，s1中低頻的頻率范圍為0.1khz~1khz，中頻的頻率范圍為1khz~20khz，高頻的頻率范圍為20khz~100khz。

9、進(jìn)一步地，s2包括以下分步驟：

10、s21、根據(jù)電壓信號(hào)中每個(gè)開(kāi)關(guān)周期提取高電平振動(dòng)值、低電平振動(dòng)值、上升沿陡峭值和下降沿陡峭值；

11、s22、根據(jù)高電平振動(dòng)值、低電平振動(dòng)值、上升沿陡峭值和下降沿陡峭值，計(jì)算畸變值；

12、s23、對(duì)于同一個(gè)電壓信號(hào)，按時(shí)間發(fā)生先后順序，將畸變值作為元素，構(gòu)建畸變值序列。

13、進(jìn)一步地，s21中高電平振動(dòng)值的計(jì)算公式為：，其中，vh為高電平振動(dòng)值，hi為開(kāi)關(guān)周期的高電平部分中第i個(gè)電壓值，hsteady為高電平穩(wěn)態(tài)值，i為正整數(shù)，nh為開(kāi)關(guān)周期的高電平部分中電壓值數(shù)量，|?|為絕對(duì)值運(yùn)算；

14、s21中低電平振動(dòng)值的計(jì)算公式為：，其中，vl為低電平振動(dòng)值，li為開(kāi)關(guān)周期的低電平部分中第i個(gè)電壓值，lsteady為低電平穩(wěn)態(tài)值，hl為開(kāi)關(guān)周期的低電平部分中電壓值數(shù)量；

15、s21中上升沿陡峭值的計(jì)算公式為：，其中，kr為上升沿陡峭值，vr,e為開(kāi)關(guān)周期中上升沿的終點(diǎn)電壓值，vr,s為開(kāi)關(guān)周期中上升沿的起點(diǎn)電壓值，△tr為上升沿的起點(diǎn)到終點(diǎn)的間隔時(shí)間；

16、s21中下降沿陡峭值的計(jì)算公式為：，其中，kf為下降沿陡峭值，vf,s為開(kāi)關(guān)周期中下降沿的起點(diǎn)電壓值，vf,e為開(kāi)關(guān)周期中下降沿的終點(diǎn)電壓值，△tf為下降沿的起點(diǎn)到終點(diǎn)的間隔時(shí)間。

17、進(jìn)一步地，s22中計(jì)算畸變值的公式為：，其中，θ為畸變值，vh為高電平振動(dòng)值，vl為低電平振動(dòng)值，kr為上升沿陡峭值，kf為下降沿陡峭值，kr,th為上升沿的陡峭標(biāo)準(zhǔn)值，kf,th為下降沿陡峭標(biāo)準(zhǔn)值。

18、進(jìn)一步地，s3包括以下分步驟：

19、s31、取畸變值序列中末尾連續(xù)的m個(gè)畸變值和起始連續(xù)的m個(gè)畸變值，m為正整數(shù)；

20、s32、對(duì)末尾連續(xù)的m個(gè)畸變值取均值，得到末尾畸變均值；

21、s33、對(duì)起始連續(xù)的m個(gè)畸變值取均值，得到起始畸變均值；

22、s34、將末尾畸變均值與起始畸變均值的比值作為畸變時(shí)間惡化系數(shù)。

23、進(jìn)一步地，s4包括以下分步驟：

24、s41、對(duì)每個(gè)畸變值序列取均值，得到畸變均值；

25、s42、根據(jù)中頻對(duì)應(yīng)的畸變均值與低頻對(duì)應(yīng)的畸變均值的差值，計(jì)算第一畸變頻率惡化值；

26、s43、根據(jù)高頻對(duì)應(yīng)的畸變均值與中頻對(duì)應(yīng)的畸變均值的差值，計(jì)算第二畸變頻率惡化值；

27、s44、將第一畸變頻率惡化值和第二畸變頻率惡化值相加，得到畸變頻率惡化系數(shù)。

28、進(jìn)一步地，s42中計(jì)算第一畸變頻率惡化值的公式為：，其中，μ1為第一畸變頻率惡化值，tanh為雙曲正切函數(shù)，θm為中頻對(duì)應(yīng)的畸變均值，θl為低頻對(duì)應(yīng)的畸變均值；

29、s43中計(jì)算第二畸變頻率惡化值的公式為：，其中，μ2為第二畸變頻率惡化值，θh為高頻對(duì)應(yīng)的畸變均值，θm為中頻對(duì)應(yīng)的畸變均值。

30、進(jìn)一步地，s5包括以下分步驟：

31、s51、將低頻下的畸變均值和畸變時(shí)間惡化系數(shù)相乘，得到低頻下的故障值；

32、s52、將中頻下的畸變均值和畸變時(shí)間惡化系數(shù)相乘，得到中頻下的故障值；

33、s53、將高頻下的畸變均值和畸變時(shí)間惡化系數(shù)相乘，得到高頻下的故障值；

34、s54、根據(jù)低頻下的故障值、中頻下的故障值和高頻下的故障值，基于畸變頻率惡化系數(shù)的修正，計(jì)算rc-igbt故障診斷值。

35、進(jìn)一步地，s54中計(jì)算rc-igbt故障診斷值的公式為：，其中，g為rc-igbt故障診斷值，yl為低頻下的故障值，ym為中頻下的故障值，yh為高頻下的故障值，γ為畸變頻率惡化系數(shù)。

36、綜上，本發(fā)明的有益效果為：

37、1、本發(fā)明通過(guò)對(duì)rc-igbt管施加低頻、中頻、高頻三種脈沖信號(hào)，全面捕捉器件在不同頻率工作狀態(tài)下的電壓信號(hào)特征。相比傳統(tǒng)單一參數(shù)檢測(cè)方法，本發(fā)明能夠更加精確地反映rc-igbt的動(dòng)態(tài)特性變化，顯著提高故障檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。

38、2、本發(fā)明引入畸變值序列、畸變時(shí)間惡化系數(shù)和畸變頻率惡化系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)rc-igbt在低、中、高頻下的全面性能評(píng)估。通過(guò)多頻率信號(hào)的綜合分析，可以更全面地刻畫(huà)器件的實(shí)際工作狀態(tài)，克服了傳統(tǒng)方法僅依賴單一頻率或單一參數(shù)的局限性。

39、3、本發(fā)明在電壓信號(hào)的每個(gè)開(kāi)關(guān)周期中計(jì)算畸變值，體現(xiàn)一個(gè)開(kāi)關(guān)周期信號(hào)的畸變情況，構(gòu)建的畸變值序列體現(xiàn)了電壓信號(hào)中各個(gè)開(kāi)關(guān)周期信號(hào)的畸變情況，并對(duì)畸變值序列計(jì)算畸變時(shí)間惡化系數(shù)，體現(xiàn)隨時(shí)間變化rc-igbt管的畸變惡化情況，再計(jì)算畸變頻率惡化系數(shù)，體現(xiàn)隨頻率變化rc-igbt管的畸變惡化情況，根據(jù)低頻、中頻、高頻下的畸變均值，再基于畸變時(shí)間惡化系數(shù)和畸變頻率惡化系數(shù)的修正，提高rc-igbt故障診斷的精度。

技術(shù)特征：

1.一種rc-igbt故障檢測(cè)與診斷方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的rc-igbt故障檢測(cè)與診斷方法，其特征在于，所述s1中低頻的頻率范圍為0.1khz~1khz，中頻的頻率范圍為1khz~20khz，高頻的頻率范圍為20khz~100khz。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的rc-igbt故障檢測(cè)與診斷方法，其特征在于，所述s2包括以下分步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的rc-igbt故障檢測(cè)與診斷方法，其特征在于，所述s21中高電平振動(dòng)值的計(jì)算公式為：，其中，vh為高電平振動(dòng)值，hi為開(kāi)關(guān)周期的高電平部分中第i個(gè)電壓值，hsteady為高電平穩(wěn)態(tài)值，i為正整數(shù)，nh為開(kāi)關(guān)周期的高電平部分中電壓值數(shù)量，|?|為絕對(duì)值運(yùn)算；

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的rc-igbt故障檢測(cè)與診斷方法，其特征在于，所述s22中計(jì)算畸變值的公式為：，其中，θ為畸變值，vh為高電平振動(dòng)值，vl為低電平振動(dòng)值，kr為上升沿陡峭值，kf為下降沿陡峭值，kr,th為上升沿的陡峭標(biāo)準(zhǔn)值，kf,th為下降沿陡峭標(biāo)準(zhǔn)值，|?|為絕對(duì)值運(yùn)算。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的rc-igbt故障檢測(cè)與診斷方法，其特征在于，所述s3包括以下分步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的rc-igbt故障檢測(cè)與診斷方法，其特征在于，所述s4包括以下分步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的rc-igbt故障檢測(cè)與診斷方法，其特征在于，所述s42中計(jì)算第一畸變頻率惡化值的公式為：，其中，μ1為第一畸變頻率惡化值，tanh為雙曲正切函數(shù)，θm為中頻對(duì)應(yīng)的畸變均值，θl為低頻對(duì)應(yīng)的畸變均值；

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的rc-igbt故障檢測(cè)與診斷方法，其特征在于，所述s5包括以下分步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的rc-igbt故障檢測(cè)與診斷方法，其特征在于，所述s54中計(jì)算rc-igbt故障診斷值的公式為：，其中，g為rc-igbt故障診斷值，yl為低頻下的故障值，ym為中頻下的故障值，yh為高頻下的故障值，γ為畸變頻率惡化系數(shù)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種RC?IGBT故障檢測(cè)與診斷方法，屬于IGBT故障檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明通過(guò)對(duì)RC?IGBT管施加不同頻率（低頻、中頻、高頻）的脈沖信號(hào)，并分析集電極和發(fā)射極間的電壓信號(hào)，構(gòu)建了畸變值序列，再結(jié)合低頻、中頻、高頻下的畸變時(shí)間惡化系數(shù)和畸變頻率惡化系數(shù)，得到RC?IGBT故障診斷值，提高RC?IGBT故障診斷的精度。

技術(shù)研發(fā)人員：孔亮,宋昊,劉文,楊瑞祥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：青島中微創(chuàng)芯電子有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9