[发明专利]一种电力电子模块劳损状态的检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种电力电子模块劳损状态的检测系统及方法，该系统包括：电力电子模块壳温参数检测传感单元，用于提供电力电子模块外壳底板正下方实时温度信息；温度信息处理分析单元，用于生成电力电子模块壳温随时间变化的曲线，并提取壳温变化曲线在固定时间间隔内的变化速率、时间常数和温度变化幅值等关键参数。本发明在电力电子模块壳温或内部芯片结温未发生明显过温故障时即可对其内部疲劳、损伤机理做出诊断，便于对面临失效风险的电力电子模块进行后续保护。

技术领域

本发明涉及一种检测系统及方法，特别是涉及一种电力电子模块劳损状态的检测系统及方法。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）自20世纪80年代来发展迅速，已作为标准组件广泛应用于大功率能源变换与输送场合，特别在轨道牵引、航空航天、电动汽车、智能电网和新能源发电等领域扮演着不可或缺的角色。伴随其应用的推广、发展与成熟，IGBT模块面临的工况环境也越来越严苛和复杂，模块功率等级和温度耐受能力的要求均逐步提升。然而，更高的工作温度意味着更大的失效风险，因为模块内部在长时间承受高温和大应力时极易发生老化、疲劳，模块损耗与传热能力将发生较大变化。所以，对于IGBT模块的失效诊断和热管理在近年来受到不少关注。

目前，对于IGBT模块的失效诊断研究尚在起步阶段。由于热是引发模块失效的最主要成因，因此大量研究侧重于IGBT模块的结温提取，学者和工程师提出多种利用等效热网络模型、热敏电参数或有限元分析等手段计算和预测IGBT芯片结温，从而能够发现异常结温工作情况并报警。然而，结温提取技术只能预警芯片瞬态过热失效，却无法探查结温仍处在允许运行范围内的模块是否发生老化或即将面临失效，更无法对已经处于老化状态的模块进行保护。让发生老化或面临较大失效风险的电力电子模块继续承受与正常模块无异的工作电流和电压，势必将加速其失效进程，进而威胁到整体变换器系统的正常工作和运行。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种电力电子模块劳损状态的检测系统及方法，其在电力电子模块壳温或内部芯片结温未发生明显过温故障时即可对其内部疲劳、损伤机理做出诊断，便于对面临失效风险的电力电子模块进行后续保护。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种电力电子模块劳损状态的检测系统，其包括：

电力电子模块壳温参数检测传感单元，用于提供电力电子模块外壳底板正下方实时温度信息；

温度信息处理分析单元，用于生成电力电子模块壳温随时间变化的曲线，并提取壳温变化曲线在固定时间间隔内的变化速率、时间常数和温度变化幅值的关键参数；

模块壳温变化时间常数与温度上升率异常特征库单元，用于存储电力电子模块在多种异常情况下的壳温参数变化规律；

模块劳损程度预测单元，用于将温度信息处理分析单元提取所得电力电子模块壳温参数信息和模块壳温变化时间常数与温度上升率异常特征库单元中存储数据进行对照，判断模块劳损状态；

模块劳损显示与报警单元，用于对电力电子模块状态的判断结果做出显示和故障报警；

所述电力电子模块壳温参数检测传感单元将电信号输出到温度信息处理分析单元，所述温度信息处理分析单元和模块壳温变化时间常数与温度上升率异常特征库单元分别连接模块劳损程度预测单元，所述模块劳损程度预测单元对此两个单元的数据进行对照后，将结果传输至模块劳损显示与报警单元。

优选地，所述电力电子模块壳温参数检测传感单元，包括依次连接的温度传感器及调理电路；温度传感器放置在待测电力电子模块底板正下方，采集运行时模块壳温实时数据，经调理电路调理为具有实际意义、能被处理的电信号输出。