基于退化数据和DBN算法的IGBT健康参数预测方法

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等电子元器件被广泛用于运输和能源部门,其健康状态对于设备安全和有效至关重要;在对IGBT的结构和损伤机制分析基础上,结合NASA艾姆斯中心开展的IGBT加速退化试验,选择集电极-发射极关断峰值电压作为失效特征参数,提出了一种基于深度信念网络的预测模型对其进行分析和预测;以Levenberg-Marquardt(LM)算法模型作为对比,实验结果显示文章提出的三隐藏层DBN模型相比于LM模型有更好的预测性能和更高的预测精度。     

基于加速性能退化试验的IGBT故障预测前端设计

故障预测与健康管理(PHM)技术能够实现故障监测、诊断、预测、状态评估及综合决策的功能,能够降低飞行器维修、使用和保障费用,提高飞行器战备完好率、任务成功率以及安全性和可用性。针对航空电子单元故障预测具体实现这一问题,选择航空飞行器中常用的IGBT作为试验对象,采用加速性能退化技术,基于PXI的测控平台,研究IGBT故障预测试验加速性能退化试验技术,分析性能退化曲线,为IGBT加速寿命试验的实现奠定基础。     

微网换流器可靠性及容错控制研究

随着电力系统的发展,越来越多的电力电子装置得以在电力系统中应用。目前,大多数电力电子装置由二极管和IGBT组成;然而,IGBT存在失效的可能。并且IGBT失效后会对电力电子装置的正常运行产生影响。因此,本文针对微网换流器详细研究了其工作原理和IGBT的失效机理,并基于换流器工作原理,提出了故障后的容错控制方案。通过PSCAD仿真验证证明,本文所提容错控制简单易行。     

考虑执行器性能退化的控制系统剩余寿命预测方法

工程控制系统在运行过程中，由于内外部应力的综合作用以及外部环境等的影响，其部件性能将逐渐退化，最终会导致控制系统失效.然而，由于控制系统中闭环反馈的作用，系统的输出残差可能仍在较小范围内变动，使得早期性能退化这种微小故障难以被检测到，呈现隐含退化的特点.现有文献中，针对此类在闭环反馈控制作用下部件存在隐含退化过程的控制系统剩余寿命（Remaining useful lifetime，RUL）预测问题，鲜有研究.为此，本文针对一类仅考虑执行器性能退化的确定闭环控制系统，提出一种基于解析模型的剩余寿命预测方法.该方法首先基于权值优选粒子滤波算法，利用系统的监测数据在线估计出执行器的隐含退化量，然后在每一个预测时刻通过蒙特卡洛（Monte Carlo，MC）仿真计算得到合理的失效阈值，建立基于该失效阈值的系统失效判断准则，最后将隐含退化量的估计值代入退化模型中外推出剩余寿命分布.惯性平台稳定回路控制系统的仿真实验结果验证了该方法的可行性、有效性.     

基于功率循环的动车组高级修IGBT模块剩余寿命研究

绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor,IGBT）模块是牵引变流器系统中最为薄弱的环节之一,其准确的寿命和可靠性评估对保障牵引变流器系统安全运行尤为重要。文章根据动车组全寿命周期评估需求,针对牵引变流器关键部件IGBT模块的高级修样品开展寿命研究。其首先研究了热应力对模块寿命消耗的影响,开展了IGBT模块功率循环试验;然后,结合试验结果,研究了在长期交变温度作用下热应力对IGBT模块寿命消耗的影响,分析了IGBT模块性能参数劣化趋势,并提供模型的建模数据;最后,推导了变流器中IGBT模块劣化表征与IGBT模块寿命的数学关系,并建立了IGBT模块寿命预测模型。文章通过试验获取了IGBT剩余寿命信息,对IGBT模块的剩余寿命进行评估,根据寿命特征分析手段找出了IGBT失效机理,从而为检修项点的完善和维修决策的制定提供了依据。     

基于物理统计模型的车载IGBT振动疲劳寿命评估研究

在新能源乘用车车载环境中,受路面不平整度和发动机转动的影响,IGBT模块面临着振动疲劳失效的风险。为保证IGBT模块在使用过程中的可靠性,对其振动疲劳寿命进行评估具有重大意义。IGBT模块内部结构复杂,无法直接对其进行纯物理模型上的振动疲劳寿命评估。为此,文章提出了一种IGBT模块振动疲劳寿命的评估方法,其首先通过加速试验获取IGBT模块在高振动量级下失效的寿命数据;再基于威布尔分布的寿命分布统计模型获得模块在实际工况下的可靠性寿命分布,进而获取模块在实际应用中的可靠性寿命数据。试验结果表明,该方法可以有效预估IGBT模块在批量投入使用过程中的失效率,为合理管控应用风险提供保障。     

电学法热阻测试仪校准方法研究

论文分析了电学法热阻测试仪的工作原理及测量过程,明确了测量过程中各个电、热参数对热阻测试结果的作用和意义。由热阻的基本定义出发,推导出了各种电热参数与热阻之间的测量模型,选择K系数测量电流的短期稳定性,电压测量值,加热电流和加热电压,加热平台温度,参考位置温度为主要校准参数。从整体校准的角度,给出了校准方法,分析了各种影响量引入的测量不确定度,给出了最终测量不确定度评定过程。为实现电学法热阻测试仪的整体校准奠定了基础。     

一种可变门极电阻的大功率IGBT驱动

通过分析大功率IGBT寄生参数及主功率回路寄生参数对IGBT驱动的影响,提出了一种基于可变门板电阻的驱动电路,提高了驱动模块的产品兼容性,实现了驱动器对IGBT开关特性的精确控制,有效抑制开关过程中由于di/dt引起的电压尖峰.最后在Sabor中搭建了型号为FZ1500R33HE3的大功率IGBT的仿真模型,并进行仿真分析;通过搭建实物平台进行了双脉冲实验.仿真和实验结果表明,该驱动电路具有可行性.     

一种基于多阈值保护的大功率IGBT驱动

通过分析VCE检测电路的传递函数,合理配置检测电路电气参数,根据IGBT发生短路时的特点,提出了一种基于多阈值过流保护和变电阻式软关断的大功率IGBT驱动保护策略,实现了驱动器对IGBT有效控制,并抑制开关过程中由于di/dt引起的电压尖峰.最后在Sabor中搭建了型号为FZ1500R33HE3的大功率IGBT的仿真模型,进行仿真分析,并搭建实物平台进行了短路保护实验.仿真和实验结果表明该驱动电路具有可行性.     

基于热流原理的核心温度传感器在膝关节深部测温的应用研究

人体膝关节处深部体温的监测对于关节患者治疗与康复十分重要.为了能够为热疗中的关节炎患者持续测量皮肤组织不同深部的体温.本文基于传热学原理,通过对核心温度测量技术的改进,创新性的提出了膝关节深部测温的方法.根据膝关节的特点将其划分为6个区域并布置12个位置的传感器探头,基于生物传热模型模拟了人体膝关节和传感器探头的传热实验;首先通过设置膝关节核心温度38℃不变,在稳态条件下根据传感器两侧的温度差,以及膝关节深部不同厚度处的温度,利用传热方程计算对应等厚度层皮肤组织热阻,与等温度层热阻对比分析了不同部位组织深度与热阻得关系.维持核心温度38℃,建立了热疗仿真模型,通过设置点热源,模拟高频热疗仪的深部热疗实验,利用所求热阻计算对应深部的温度与该位置探针显示温度值对比,误差在0.62℃以内.基于仿真实验结果建立膝关节传热理论并进行了热板实验和人体实验.热板实验中传感器热平衡时间约为7.7 min,平均误差为0.15℃,分析了人体实验的误差来源.这种基于仿真实验理论的符合人体工程学的体温传感器有可能对膝关节患者深部体温进行连续测量.