基于声发射的Cascode型GaN HEMT器件机械应力波检测与分析

近年来,以氮化镓(gallium nitride,Ga N)材料为代表的第三代功率半导体器件开始被广泛地应用于高压高温高频的工作场合。在这些环境下对器件进行及时、高效的无损检测可以防患于未然,减少或避免器件损伤带来的损失。文中基于声发射检测技术,对目前应用较多的共栅共源型GaN高电子迁移率晶体管的机械应力波进行检测与分析。分别对器件散热侧和封装侧进行多组重复性实验,利用声发射探头采集其工作时发出的声信号并进行滤波分析,最后总结出该器件开通、关断应力波参数的特征和变化规律。旨在探究器件机械应力波受漏源电压以及栅源电压的影响规律,为下一步进行功率循环实验,建立器件健康状态与其机械应力波之间联系奠基。

电力电子器件机械应力波的试验研究

通过测试电路与数字滤波技术,探究了一种电力电子器件关断机械应力波的测量方法;通过信号处理与频谱分析得到了机械应力波的时域和频域特征参数,如幅值、峰峰值、峰值频率和频率范围.研究结果表明:合理设置采样阈值和阻带频率能够测量机械应力波;IKW40T120型IGBT器件在关断40 A电流时,关断机械应力波的幅值为5.2 mV、峰峰值为9.6 mV,时域波形约持续100μs且振幅衰减,其幅值频谱明显存在3个频率段,分别为20～100 k Hz、150～200 kHz和290～310 kHz,每个频率段具有1个峰值频率点,分别为54 kHz、163 kHz和299 kHz,几乎呈现1倍、3倍、5倍频关系,三峰值频率点对应的峰值差异较大,分别为1.24 mV、0.69 mV和0.36 mV.

IGBT开关诱导产生机械应力波的低压试验研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是新能源发电、智能电网、高压输电等领域实现电能有效变换和利用的关键电力电子设备。IGBT的状态监测是电力电子装置可靠性监测的基础。现有基于电磁热参数的检测方法难以同时满足快速、无损和在线的检测需求。在开关状态下,IGBT内部电磁力多物理场相互作用会产生机械应力波信号,信号的特征参数可有效表征IGBT的状态,因此未来有潜力成为一种新的IGBT状态监测方法。该文从信号的产生机理、试验系统的搭建、试验结果分析3个方面对低压条件下IGBT的不同开关状态所产生的声发射信号展开研究,得出IGBT在开通和关断瞬间都会产生应力波信号,并得出信号的主要组成成分和频率范围;开通时刻的应力波信号脉冲尖峰幅值与集电极电压V CE呈线性相关;高频电磁波与V CE相关,脉宽会影响频率点的密集程度,并且无V CE时也会有应力波信号产生。

基于声发射检测技术的电力电子器件/模块机械应力波综述

针对部分机构已有的能够表征电力电子器件/模块状态的机械应力波研究均分散在信号提取、信号分析和状态表征等方面,没有进行系统总结,该文首先对机械应力波的基础内容进行讨论,总结对比适用于电力电子器件/模块的产生机理、测试检测电路和信号处理方法;随后对电力电子器件/模块机械应力波的研究现状进行综述,归纳总结机械应力波的组成模式、源机制、频域特征与健康状态的对应关系;最后从机理分析、研究对象、信号处理、状态表征和检测装置五个方面对电力电子器件/模块机械应力波存在的关键问题进行分析,并提出未来的研究方向。

机械应力波频域特征远程电子监测方法研究

传统机械应力波频域特征远程电子监测方法的噪声去除率偏低,监测结果具有较大误差,且运算速度较慢。为此,提出新的机械应力波频域特征远程电子监测方法。设置机械应力波频域信号采样频率及频域信号的转换,采集机械应力波频域模拟信号。采用小波技术预处理信中的噪声与干扰。选择RBF广义神经网络结构,远程监测机械应力波频域特征。实验结果表明:通过3组监测方法的噪声去除率、频域特征监测正确率和平均运算速度的对比,所提方法具有较高的噪声去除率和监测正确率,平均运算速度更快。

30V条件下功率MOSFET器件应力波理论与试验研究

功率金属–氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)在电磁热机等物理场相互作用下产生的应力波,对器件的可靠性设计和状态监测有重要意义。根据理论分析可知,功率MOSFET开通或关断可以产生瞬态电磁场,器件中的带电粒子在磁场中所受洛伦兹力,因此产生机械应力波。在30V低压条件下,采用脉冲测试电路并对功率MOSFET进行试验,应用声发射测量平台采集试验过程中功率MOSFET器件产生的瞬态电磁场和机械应力波。对不同电气参数下得到的声发射信号进行处理和分析,发现器件漏源电压导致高频电磁波的产生,而栅源电压和漏源电压共同影响低频机械应力波,为功率MOSFET器件产生声发射现象提供理论依据。

EXPERIMENTAL RESEARCH ON THE ULTRASONIC TECHNIQUE AND ITS APPLICATION IN STUDYING ROCK PROPERTIES

The experimental installation and measurement system of ultrasonic wave property in rocks during complete stress-strain process were established and perfected. The interrelations between ultrasonic wave property of muds tone, sands tone and limestone specimens during complete stress-strain process and their mechanic property were investigated. A new type of device for the observation of surrounding rock stability-borehole ultrasonic device with completely dry coupling was developed to get better coupling and more accurate measurement data comparing with those of water coupling situation. Preliminary study on the application of ultrasonic measurement technique at belt conveyor roadway of north wing in Baodian Coal Mine (Shandong province) was conducted. Based on the interrelations between the complete stress-strain properties of specimens and their wave properties, the structural properties of surrounding rocks, the range of yield zones, and the change of stresses within surrounding rocks when a longwall face was across over the roadway were analyzed.Therefore,a new and feasible way was found for the research on the deformation law of surrounding rock of roadway and rational selection of support parameters.