本發(fā)明涉及一種變流器IGBT模塊故障預(yù)診斷方法，尤其是涉及一種基于開關(guān)特性的變流器IGBT模塊故障預(yù)診斷方法。

背景技術(shù)：

變流器是一種電能變換裝置，廣泛應(yīng)用于新能源發(fā)電、電動(dòng)汽車、軌道交通、航空航天以及冶金等領(lǐng)域。IGBT模塊為變流器的核心器件，因此IGBT模塊的故障將直接影響變流器運(yùn)行可靠性。以常見的封裝類故障為例，由于內(nèi)部各層材料熱膨脹系數(shù)的差異，IGBT模塊在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)焊料層老化與引線斷裂等故障。

故障預(yù)診斷技術(shù)可在IGBT模塊失效前對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)預(yù)警，既能防止災(zāi)難性事故的發(fā)生又可為系統(tǒng)高效運(yùn)行與維護(hù)提供支持，因此該技術(shù)已逐漸成為提高變流器系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的關(guān)鍵技術(shù)。現(xiàn)有的變流器IGBT模塊故障預(yù)診斷技術(shù)可大致分為模型法、器件參數(shù)法以及系統(tǒng)變量法三種不同的方法。

模型法利用數(shù)學(xué)模型在線評(píng)估IGBT模塊的健康狀態(tài)，但其準(zhǔn)確性受模型精度的限制。如文獻(xiàn)：Exploration of power device reliability using compact device models and fast electro-thermal simulation以及文獻(xiàn)：Real-time life consumption power modules prognosis using on-line rainflow algorithm in metro applications，上述文獻(xiàn)均利用IGBT緊湊電熱模型與變流器快速電熱仿真技術(shù)，在變流器系統(tǒng)運(yùn)行工況不斷變化的條件下對(duì)IGBT模塊進(jìn)行“在線”壽命預(yù)測(cè)。但是該方法中壽命預(yù)測(cè)結(jié)果是否準(zhǔn)確取決于模型精度(器件可靠性模型、電熱模型)。考慮到實(shí)際系統(tǒng)中器件參數(shù)的分散性、故障模式復(fù)雜多樣以及器件狀態(tài)影響結(jié)溫估計(jì)等因素，該技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)變流器IGBT模塊壽命精確預(yù)測(cè)。

器件參數(shù)法通過監(jiān)測(cè)IGBT動(dòng)靜態(tài)參數(shù)獲取模塊狀態(tài)信息，但由于器件參數(shù)難以直接測(cè)量，該方法現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施困難。文獻(xiàn)：In Situ Diagnostics and Prognostics of Wire Bonding Faults in IGBT Modules for Electric Vehicle Drives通過測(cè)量IGBT導(dǎo)通壓降V_CE(sat)與結(jié)溫、導(dǎo)通電流的關(guān)系判斷鍵合線斷裂程度，提高功率模塊的可靠性。文獻(xiàn)：基于泄漏電流的電力電子裝置狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過定期監(jiān)測(cè)晶閘管泄漏電流的方法對(duì)軋鋼機(jī)變流器故障進(jìn)行預(yù)診斷，提高了故障診斷效率。文獻(xiàn)：Ageing defect detection on IGBT power modules by artificial training methods based on pattern recognition利用IGBT通態(tài)電壓與結(jié)溫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立器件模型，并通過實(shí)驗(yàn)成功識(shí)別出故障與健康器件。文獻(xiàn)：Effects of wire-bond lift-off on gate circuit of IGBT power modules通過對(duì)比IGBT模塊引線斷裂前后門極電壓信號(hào)，提出利用門極電壓米勒平臺(tái)退化程度不同診斷IGBT鍵接線故障的方法。中國(guó)專利201210528663.1通過監(jiān)測(cè)IGBT集射電壓V_CE、集電極電流I_C，門級(jí)電壓V_GE以及底板溫度信號(hào)對(duì)模塊內(nèi)部鍵接線故障的實(shí)施診斷。歸納起來(lái)，上述文獻(xiàn)和專利都是利用器件參數(shù)對(duì)IGBT模塊故障進(jìn)行預(yù)診斷，然而實(shí)際系統(tǒng)中IGBT均封裝成分立元件或模塊安裝在變流器內(nèi)部，器件參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量困難。

系統(tǒng)變量法通過監(jiān)測(cè)變流器系統(tǒng)變量的變化(如輸出電壓、電流以及散熱器溫度)對(duì)IGBT模塊故障情況進(jìn)行診斷，但I(xiàn)GBT模塊故障引起系統(tǒng)變量變化微弱，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)比較困難。文獻(xiàn)：Online ringing characterization as a diagnostic technique for IGBTs in power drives設(shè)計(jì)了高頻帶通濾波電路(5MHz)，通過檢測(cè)IGBT開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的高頻振蕩電流的特征(包括幅值和阻尼系數(shù))判斷該IGBT是否老化。中國(guó)專利201310099893.5通過在線監(jiān)測(cè)IGBT模塊輸出的電壓或電流的低次諧波信號(hào)與表殼溫度信號(hào)，對(duì)IGBT模塊健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。文獻(xiàn)：Condition Monitoring Power Module Solder Fatigue Using Inverter Harmonic Identification通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)，變頻器輸出相電流中的5次諧波可用來(lái)對(duì)焊料層老化故障進(jìn)行預(yù)診斷。歸納起來(lái)，上述文獻(xiàn)和專利在變流器運(yùn)行過程中在線監(jiān)測(cè)與IGBT模塊故障狀態(tài)相關(guān)的變流器系統(tǒng)變量(如高頻振蕩、輸出諧波以及表殼溫度等)，但該技術(shù)需要增加額外的硬件裝置且故障診斷結(jié)果易受外界信號(hào)干擾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于開關(guān)特性的變流器IGBT模塊故障預(yù)診斷方法。

一種基于開關(guān)特性的變流器IGBT模塊故障預(yù)診斷方法，用于對(duì)變流器中的IGBT模塊進(jìn)行故障預(yù)診斷，該方法包括如下步驟：

(1)運(yùn)行變流器，獲取待故障預(yù)診斷的IGBT模塊中各個(gè)IGBT管的開通特性曲線、關(guān)斷特性曲線以及IGBT模塊表殼溫度；

(2)獲取相同表殼溫度下與待故障預(yù)診斷IGBT模塊型號(hào)相同的健康IGBT模塊中各個(gè)IGBT管的開通特性曲線和關(guān)斷特性曲線；

(3)將步驟(1)和(2)的各個(gè)IGBT管開通特性曲線和關(guān)斷特性曲線兩兩對(duì)比，得到各IGBT管的特性曲線是否異常，若至少一個(gè)IGBT管特性曲線發(fā)生異常，則該待故障預(yù)診斷的IGBT模塊發(fā)生故障。

步驟(3)中各IGBT管的特性曲線是否異常具體通過如下方式獲得：

分別兩兩對(duì)比待故障預(yù)診斷的IGBT模塊和健康IGBT模塊中對(duì)應(yīng)的IGBT管的開通特性曲線和關(guān)斷特性曲線，若待故障預(yù)診斷的IGBT模塊中的IGBT管的開通特性曲線或關(guān)斷特性曲線中至少一條特性曲線較健康IGBT模塊中對(duì)應(yīng)的IGBT管的開通特性曲線或關(guān)斷特性曲線發(fā)生形變或偏移，且形變量或偏移量超過設(shè)定范圍，則判定IGBT管特性曲線存在異常。

步驟(1)和步驟(2)中的IGBT管的開通特性曲線和關(guān)斷特性曲線具體通過如下方式獲?。?/p>

(a)運(yùn)行變流器，獲取變流器輸出線電壓和線電流；

(b)根據(jù)線電壓獲取變流器中IGBT管在多個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的開通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間；

(c)根據(jù)線電流獲取待故障預(yù)診斷的IGBT管在對(duì)應(yīng)的開通時(shí)刻和關(guān)斷時(shí)刻的線電流；

(d)以開通時(shí)刻線電流為橫軸，對(duì)應(yīng)的開通時(shí)間為縱軸繪制曲線得到開通特性曲線，同時(shí)以關(guān)斷時(shí)刻線電流為橫軸，對(duì)應(yīng)的關(guān)斷時(shí)間為縱軸繪制曲線得到關(guān)斷特性曲線。

步驟(b)具體為：

(b1)根據(jù)變流器結(jié)構(gòu)以及調(diào)制算法提取與IGBT管的開通和關(guān)斷相關(guān)聯(lián)的變流器輸出線電壓；

(b2)從步驟(b1)中的線電壓中捕獲線電壓的上升沿或下降沿；

(b3)根據(jù)變流器結(jié)構(gòu)、調(diào)制算法以及對(duì)應(yīng)的線電壓進(jìn)行分析，確定步驟(b2)線電壓的上升沿或下降沿與IGBT管的開通和關(guān)斷之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；

(b4)根據(jù)IGBT管開通對(duì)應(yīng)的線電壓的上升沿或下降沿，獲取此線電壓邊沿中電壓值在設(shè)定范圍內(nèi)所持續(xù)的時(shí)間即為IGBT管的開通時(shí)間，同理，獲取IGBT的關(guān)斷時(shí)間。

步驟(c)具體為：首先根據(jù)變流器結(jié)構(gòu)以及調(diào)制算法提取與相應(yīng)的IGBT管的開通和關(guān)斷相關(guān)聯(lián)的變流器輸出線電流，然后提取IGBT管的開通過程開始時(shí)刻和關(guān)斷過程開始時(shí)刻對(duì)應(yīng)的電流值，從而對(duì)應(yīng)得到開通時(shí)刻電流和關(guān)斷時(shí)刻電流。

所述的表殼溫度通過IGBT模塊中內(nèi)部集成的溫度傳感器獲得。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明方法充分利用變流器系統(tǒng)外部可以方便測(cè)量的輸出線電壓與線電流獲取IGBT的開通時(shí)間、關(guān)斷時(shí)間與電流的運(yùn)行特性，從而實(shí)施故障預(yù)診斷，該方法不需要在變流器內(nèi)部植入檢測(cè)電路，簡(jiǎn)化了測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方便；

(2)本發(fā)明方法以IGBT開通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間作為特征變量，其變化程度直接能夠反映IGBT模塊的健康狀態(tài)，IGBT是一種工作在高頻開關(guān)狀態(tài)下的電力電子器件，它的動(dòng)態(tài)開關(guān)特性能夠及時(shí)、有效反映出器件運(yùn)行的健康狀態(tài)，消除了建模仿真與理論計(jì)算帶來(lái)的誤差，同時(shí)IGBT開關(guān)特性能直接反映模塊健康狀態(tài)，受外界因素干擾少，除此之外，IGBT開關(guān)頻率高，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)可方便獲取大量數(shù)據(jù)，有助于進(jìn)一步消除測(cè)量誤差，提高故障預(yù)診斷的準(zhǔn)確性；

(3)本發(fā)明中無(wú)論變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如何，它的輸出線電壓都是由內(nèi)部各個(gè)IGBT器件交替開關(guān)產(chǎn)生，本發(fā)明測(cè)量變流器輸出線電壓PWM脈沖上升沿或下降沿，可獲取任意結(jié)構(gòu)變流器中各個(gè)IGBT器件的開關(guān)特性，適用性好。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明故障預(yù)診斷方法的流程框圖；

圖2為本發(fā)明IGBT模塊中IGBT管的開通特性分布示意圖；

圖3為本發(fā)明IGBT模塊中IGBT管的關(guān)斷特性分布示意圖；

圖4為實(shí)施例健康IGBT模塊中IGBT管和老化IGBT模塊中IGBT管的關(guān)斷特性對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例

一種基于開關(guān)特性的變流器IGBT模塊故障預(yù)診斷方法，首先在變流器出廠時(shí)測(cè)得健康狀態(tài)下IGBT模塊的開關(guān)特性并以此作為故障預(yù)診斷的基準(zhǔn)。接下來(lái)，在變流器運(yùn)行過程中定期或不定期進(jìn)行測(cè)試，通過對(duì)比健康狀態(tài)與當(dāng)前IGBT開關(guān)特性的變化獲取模塊健康狀態(tài)與故障情況。

變流器IGBT模塊開關(guān)特性現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法的具體步驟如圖1所示：

S1：測(cè)試準(zhǔn)備：安裝電壓和電流探頭，測(cè)量變流器輸出線電壓和線電流。電壓探頭要求具有高帶寬，以捕獲變流器輸出線電壓中的高速變化的上升或下降沿。利用變流器內(nèi)部集成的溫度傳感器測(cè)量IGBT表殼溫度。為防止IGBT模塊過溫，通常情況下變流器內(nèi)部都有現(xiàn)成的溫度傳感器監(jiān)測(cè)IGBT溫度。

S2：器件編號(hào)：對(duì)變流器中待故障預(yù)診斷的IGBT模塊中各個(gè)IGBT管進(jìn)行編號(hào)并根據(jù)變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與PWM具體調(diào)制算法將它們的開關(guān)過程與變流器輸出線電壓上升沿/下降沿關(guān)聯(lián)起來(lái)。

S3：數(shù)據(jù)測(cè)量與記錄：在負(fù)載條件下(如額定負(fù)載)運(yùn)行變流器，測(cè)量并記錄變流器輸出線電壓與線電流。

S4：器件開關(guān)特性分析：根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)分析各IGBT管開通與關(guān)斷時(shí)間與電流之間的運(yùn)行特性函數(shù)關(guān)系f_on(i)、f_off(i)，繪制IGBT管的開通特性曲線、關(guān)斷特性曲線：以開通時(shí)刻線電流為橫軸，對(duì)應(yīng)的開通時(shí)間為縱軸繪制曲線得到開通特性曲線，同時(shí)以關(guān)斷時(shí)刻線電流為橫軸，對(duì)應(yīng)的關(guān)斷時(shí)間為縱軸繪制曲線得到關(guān)斷特性曲線。

獲取相同表殼溫度下的與待故障預(yù)診斷IGBT模塊型號(hào)相同的健康IGBT模塊中各個(gè)IGBT管的開通特性曲線和關(guān)斷特性曲線，即變流器出廠時(shí)測(cè)得健康狀態(tài)下IGBT模塊的開通特性曲線和關(guān)斷特性曲線，分別兩兩對(duì)比待故障預(yù)診斷的IGBT模塊和健康IGBT模塊中對(duì)應(yīng)的IGBT管的開通特性曲線和關(guān)斷特性曲線，若待故障預(yù)診斷的IGBT模塊中的IGBT管的開通特性曲線或關(guān)斷特性曲線中至少一條特性曲線較健康IGBT模塊中對(duì)應(yīng)的IGBT管的開通特性曲線或關(guān)斷特性曲線發(fā)生形變或偏移，且形變量或偏移量超過設(shè)定范圍，則判定IGBT管特性曲線存在異常。對(duì)于待故障預(yù)診斷的IGBT模塊，若至少一個(gè)IGBT管特性曲線發(fā)生異常，則該待故障預(yù)診斷的IGBT模塊發(fā)生故障。

IGBT模塊中IGBT管的開通特性分布示意圖如圖2所示，圖中直線為健康IGBT模塊中IGBT管的開通特性曲線，若待故障預(yù)診斷的IGBT模塊中IGBT管的開通特性曲線中的各點(diǎn)均在圖中直線附近方差為-5％～5％范圍內(nèi)，則待故障預(yù)診斷的IGBT模塊中IGBT管關(guān)斷特性曲線為正常，否則為存在異常。圖3為IGBT模塊中IGBT管的關(guān)斷特性分布示意圖，圖中直線為IGBT模塊中IGBT管的關(guān)斷特性曲線，同理，若待故障預(yù)診斷的IGBT模塊中IGBT管的關(guān)斷特性曲線中的各點(diǎn)均在圖中直線附近方差為-5％～5％范圍內(nèi)，則待故障預(yù)診斷的IGBT模塊中IGBT管關(guān)斷特性曲線正常，否則為存在異常。而判別整個(gè)IGBT管的特性曲線異常與否是根據(jù)開通熱性曲線和關(guān)斷特性曲線來(lái)綜合判斷的，若開通特性曲線或關(guān)斷特性曲線中至少一條特性曲線異常則判定對(duì)應(yīng)的IGBT管異常。

本發(fā)明方法中定義的IGBT開通時(shí)間t_v.on為集射極電壓V_CE從V_HIGH下降到V_LOW過程的時(shí)間；關(guān)斷時(shí)間t_v.off為V_CE從V_LOW上升到V_HIGH過程的時(shí)間。其中V_LOW與V_HIGH可以根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)具體確定，例如V_LOW為10％V_DC，V_HIGH為90％V_DC。本發(fā)明方法定義的IGBT開通特性f_on(i)是在IGBT模塊表殼溫度T_c一定的條件下，開通時(shí)間t_v.on與線電流i間的函數(shù)關(guān)系；關(guān)斷特性f_off(i)為在IGBT模塊表殼溫度T_c一定的條件下，關(guān)斷時(shí)間t_v.off與線電流i間的函數(shù)關(guān)系。IGBT模塊故障會(huì)影響IGBT的開通與關(guān)斷特性，從而引起變流器輸出線電壓中PWM脈沖上升沿或下降沿的變化。

IGBT管的開通特性曲線和關(guān)斷特性曲線具體通過如下方式獲取：

(a)運(yùn)行變流器，獲取變流器輸出線電壓和線電流；

(b)根據(jù)線電壓獲取變流器中IGBT管在多個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的開通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間；

(c)根據(jù)線電流獲取待故障預(yù)診斷的IGBT管在對(duì)應(yīng)的開通時(shí)刻和關(guān)斷時(shí)刻的線電流；

(d)以開通時(shí)刻線電流為橫軸，對(duì)應(yīng)的開通時(shí)間為縱軸繪制曲線得到開通特性曲線，同時(shí)以關(guān)斷時(shí)刻線電流為橫軸，對(duì)應(yīng)的關(guān)斷時(shí)間為縱軸繪制曲線得到關(guān)斷特性曲線。

步驟(b)具體為：

(b1)根據(jù)變流器結(jié)構(gòu)以及調(diào)制算法提取與IGBT管的開通和關(guān)斷相關(guān)聯(lián)的變流器輸出線電壓；

(b2)從步驟(b1)中的線電壓中捕獲線電壓的上升沿或下降沿；

(b3)根據(jù)變流器結(jié)構(gòu)、調(diào)制算法以及對(duì)應(yīng)的線電壓進(jìn)行分析，確定步驟(b2)線電壓的上升沿或下降沿與IGBT管的開通和關(guān)斷之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；

(b4)根據(jù)IGBT管開通對(duì)應(yīng)的線電壓的上升沿或下降沿，獲取此線電壓邊沿中電壓值在設(shè)定范圍內(nèi)所持續(xù)的時(shí)間即為IGBT管的開通時(shí)間，同理，獲取IGBT的關(guān)斷時(shí)間。具體地，開通時(shí)間：找到與IGBT管開通過程對(duì)應(yīng)的線電壓邊沿，開通時(shí)間即為此段邊沿上電壓值對(duì)應(yīng)V_LOW與V_HIGH間的時(shí)間。關(guān)斷時(shí)間：找到與IGBT管關(guān)斷過程對(duì)應(yīng)的線電壓邊沿，關(guān)斷時(shí)間即為此段邊沿上V_LOW與V_HIGH間的時(shí)間，V_LOW與V_HIGH的值可以自行設(shè)定。確定線電壓的上升沿或下降沿與待故障預(yù)診斷的IGBT模塊的IGBT管開通和關(guān)斷之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系可以通過試驗(yàn)或者仿真方式進(jìn)行分析得到。

步驟(c)具體為：首先根據(jù)變流器結(jié)構(gòu)以及調(diào)制算法提取與相應(yīng)的IGBT管的開通和關(guān)斷相關(guān)聯(lián)的變流器輸出線電流，然后提取IGBT管的開通過程開始時(shí)刻和關(guān)斷過程開始時(shí)刻對(duì)應(yīng)的電流值，從而對(duì)應(yīng)得到開通時(shí)刻電流和關(guān)斷時(shí)刻電流。

在整個(gè)故障預(yù)診斷過程中，IGBT的表殼溫度可以通過IGBT模塊中內(nèi)部集成的溫度傳感器獲得。

變流器IGBT模塊長(zhǎng)期運(yùn)行過程中在溫度循環(huán)和功率循環(huán)作用下容易發(fā)生焊料層老化故障。焊料層老化產(chǎn)生的破裂、空洞會(huì)使熱通量密度增大，阻礙IGBT芯片熱量散失，最終可能導(dǎo)致IGBT燒毀失效。為了驗(yàn)證本發(fā)明的故障預(yù)診斷方法的正確性。由于屬于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，已知焊料層老化故障對(duì)IGBT管的關(guān)斷特性影響較大，因此只對(duì)發(fā)生焊料層老化前后380V/10kW三相全橋兩電平逆變器中的IGBT模塊(FF50R12RT4)關(guān)斷時(shí)間特性f_v.off(i)進(jìn)行了測(cè)試，對(duì)實(shí)施過程如下：

1.在變流器系統(tǒng)輸出端安裝電壓探頭與電流探頭。電壓探頭型號(hào)為DP6130高壓差分探頭，帶寬為100MHz，以捕獲變流器AB相輸出線電壓V_ab中的高速變化的上升或下降沿，電流探頭型號(hào)為CP8030A，記錄關(guān)斷時(shí)刻A相輸出線電流I_a。并使用變流器內(nèi)部集成的溫度傳感器測(cè)量IGBT表殼溫度T_c。

2.變流器各橋臂使用健康無(wú)故障的IGBT功率模塊，將A相橋臂上管IGBT編號(hào)為T1，下管IGBT編號(hào)為T2。并將T1的開關(guān)過程與變流器輸出線電壓上升沿或下降沿關(guān)聯(lián)起來(lái)，該實(shí)施例中變流器為三相全橋兩電平逆變器，調(diào)制方式采用正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)，經(jīng)過分析得到IGBT模塊中T1管開關(guān)過程與AB相輸出線電壓V_ab中上升沿和下降沿之間的具體對(duì)應(yīng)關(guān)系為：在每一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)包含兩個(gè)上升沿與兩個(gè)下降沿，輸出線電壓V_ab的第一個(gè)上升沿與T1管的開通相關(guān)聯(lián)，輸出線電壓V_ab的第二個(gè)下降沿與T1管的關(guān)斷相關(guān)聯(lián)。由于實(shí)際系統(tǒng)在調(diào)制方式、運(yùn)行工作點(diǎn)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等方面不完全一致，因此需要根據(jù)實(shí)際情況具體確定IGBT的開關(guān)過程與線電壓上升沿或下降沿之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

3.在額定負(fù)載條件下運(yùn)行變流器，測(cè)量并記錄變流器AB相輸出線電壓V_ab與A相線電流I_a，并記錄變流器外殼溫度T_c。

4.將與T1號(hào)IGBT關(guān)對(duì)應(yīng)的變流器輸出線電壓上升沿或下降沿與電流數(shù)據(jù)根對(duì)應(yīng)關(guān)系分離出來(lái)，根據(jù)本發(fā)明方法的關(guān)斷時(shí)間t_v.off定義，令V_LOW＝60V,V_HIGH＝540V，測(cè)量T1號(hào)IGBT管的關(guān)斷時(shí)間與關(guān)斷時(shí)刻的線電流。最后根據(jù)T1號(hào)IGBT測(cè)得的所有關(guān)斷時(shí)間與線電流值得到了該IGBT的關(guān)斷特性f_v.off(i)_1。

5.變流器系統(tǒng)停止運(yùn)行，將A相橋臂功率模塊替換為發(fā)生焊料層老化的IGBT功率模塊，重復(fù)步驟1至步驟4，得到故障IGBT模塊中IGBT管的關(guān)斷特性f_off(i)_2。

6.將健康IGBT的關(guān)斷特性f_off(i)_1與老化IGBT的關(guān)斷特性f_off(i)_2繪制在圖4中。在相同表殼溫度T_c＝25℃條件下，流過相同電流時(shí)，焊料層老化IGBT模塊中IGBT管的關(guān)斷時(shí)間比健康IGBT模塊的IGBT管關(guān)斷時(shí)間長(zhǎng)數(shù)十納秒，老化前后的IGBT的關(guān)斷特性發(fā)生了偏移，并且偏移程度超過正常允許范圍(由測(cè)量誤差造成)。因此，通過對(duì)比故障老化前后IGBT關(guān)斷時(shí)間關(guān)斷特性的變化可有效診斷出模塊焊料層老化故障。