一种基于粒子滤波理论的IGBT剩余寿命预测方法.docVIP

  一种基于粒子滤波理论的 IGBT 剩余寿命预 测方法# 龙兵，朱炯炯，田书林* 5 10 15 20 25 30 35 （电子科技大学自动化工程学院） 摘要：随着 IGBT 应用日趋广泛，对于 IGBT 的视情维修需求也日趋紧迫。本文基于粒子滤 波理论，提出一种 IGBT 的寿命预测方法，通过温度循环实验获取退化参数通态压降 VCE 的动态变化，使用 Matlab 工具箱对退化参数寻找拟合模型，并通过将该模型与粒子滤波算 法结合运用，对 IGBT 的剩余使用寿命进行预测。结果表明，所提出的预测方法能够以较高 的预测精度实现对被测器件的剩余寿命预测。 关键词：故障预测；IGBT；剩余寿命；粒子滤波 中图分类号：TN707 Particle Filter Approach for IGBT Remaining Useful Life Long Bing, Zhu Jiongjiong, Tian Shulin (School of Automation, University of Electronic Science and Technology of China) Abstract: With the increasingly widespread application, the requirement for PHM of IGBT is becoming gradually urgent. Based on particle filter theory, a method for remaining useful life(RUL) prediction of IGBT is proposed. Firstly, the deterioration parameters on-state VCE and ICE are extracted by temperature cycling test, then a model is developed based on the degradation trend exhibited by deterioration parameters. In the end, PF approach is applied to the IGBTs RUL prediction with the mentioned model. The results show that the proposed prediction method can achieve a high prediction accuracy. Key words: Failure Prognosis; IGBT; RUL; Particle Filter 0 引言 IGBT 是 MOSFET 和双极型晶体管的电路集成，它综合了场控器件的快速性优点和双极 型器件的低通态压降优点，已成为当今功率半导体器件发展的主流器件。目前 IGBT 广泛应 用于低噪音电源、电动机变调速、不间断电源 UPS 与逆变器等民用领域，而且在航空、航 天等军事领域也拥有广阔的发展前景。 由于其存在不足之处，比如高压 IGBT 内阻大、导通损耗大，并且过压、过热、抗冲击、 抗干扰等承受力较弱，而且在实际使用中，器件会承受各种外部应力，这就使得 IGBT 极易 发生失效[1]。 随着 IGBT 的广泛应用，人们对其可维护性的要求也越来越高。在电力电子设备中因对 IGBT 的使用不当、或者时间长久导致老化等各种原因都会使器件失效而发生损坏。尤其是 器件的突发性损坏，轻则造成设备严重故障，重则造成企业停工停产，甚至造成严重、灾难 性的事故。因此，研究 IGBT 的失效问题，对于电力电子设备的可靠运行和安全生产无疑具 有十分重要的意义。 基金项目：基金项目:博士点基金（20100185110004）国家自然科学基金资助项目 作者简介：龙兵（1974-），男，副教授，主要研究方向：电路与系统失效分析、自动化测试、诊断、预测 与可测性分析与设计技术. longbing@uestc.edu.cn -1-   40  1 IGBT 失效理论  1.1  内部结构缺陷和制造工艺因素 功率 IGBT 是用平面工艺制作的，平面工艺包括外延、氧化、光刻、扩散、金属化、烧 结、键合及封装等，在这些加工过程中，不可避免地要引入一些缺陷。  1.2  各种应力冲击因素  45  1.2.1  过电压 栅极过电压：如果在 IGBT 栅极与发射极之间加上超出保证值??20 V 的电压，则可能损 坏 IGBT；发射极-集电极过电压：主要有两种情况，一种是施加到 IGBT 的集电极-发射极 间的直流电压过高，另一种是集电极-发射