检测电力转换设备的早期故障
电力电子调节和修改电力。它们用于计算机、动力转向系统、太阳能电池和许多其他技术。研究人员正在寻求通过使用碳化硅半导体来增强电力电子设备。然而，诸如裂纹之类的磨损故障仍然存在问题。为了帮助研究人员改进未来的设备设计，需要在完全失效之前对电力电子设备进行早期损坏检测。
在最近发表在IEEE Transactions on Power Electronics 上的一项研究中，大阪大学的研究人员实时监测了功率循环测试期间碳化硅肖特斯基二极管中裂纹的扩展。研究人员使用了一种称为声发射的分析技术，此前未曾为此目的报道过这种技术。
在电源循环测试期间，研究人员模仿反复打开和关闭设备，以监测随着时间的推移对二极管造成的损坏。增加的声发射对应于贴在碳化硅肖特斯基二极管上的铝带的逐渐损坏。研究人员将监测到的声发射信号与最终导致故障的设备损坏的特定阶段相关联。
“换能器在功率循环测试期间将声发射信号转换为可测量的电输出，”主要作者 ChanYang Choe 解释说。“我们观察到突发型波形，这与设备中的疲劳裂纹一致。”
检查功率器件是否损坏的传统方法是在功率循环测试期间监测正向电压的异常增加。使用传统方法，研究人员发现正向电压会突然增加，但只有在设备接近完全失效时才会出现。相比之下，声发射计数要敏感得多。在功率循环测试期间，声发射计数有明显的趋势，而不是全有或全无响应。
“与正向电压图不同，声发射图显示了裂纹发展的所有三个阶段，”资深作者 Chuantong Chen 说。“我们检测到裂纹萌生、裂纹扩展和设备故障，并通过显微成像证实了我们的解释。”
迄今为止，还没有灵敏的预警方法来检测导致碳化硅肖特斯基二极管完全失效的疲劳裂纹。正如这里所报道的，声发射监测就是这样一种方法。未来，这一发展将帮助研究人员确定碳化硅器件失败的原因，并改进通用和先进技术的未来设计。
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新能源
2021-06-11
