← 返回
电动汽车驱动
★ 5.0
一种考虑非线性动态行为的功率MOSFET剩余使用寿命数据驱动预测方法
A Data-Driven Remaining Useful Life Prediction Method for Power MOSFETs Considering Nonlinear Dynamical Behaviors
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Electron Devices |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 功率MOSFET 数据驱动预测方法 相空间重构 健康指标 长短期记忆网络 |
语言:
中文摘要
近年来,功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的 prognostics and health management(PHM)技术正受到越来越多的关注。目前已经开发并应用了多种方法来对功率 MOSFET 进行寿命预测。然而,当前大多数研究似乎在全面理解非线性动态退化过程方面存在局限性。单一参数导向的预测方法可能会忽略退化过程中更深层次的动态行为。此外,这些方法无法处理诸如突然上升等异常退化路径。鉴于这些局限性,本文开发了一种考虑非线性动态行为的数据驱动预测方法。为了分析非线性和混沌特性,对时间序列退化数据进行了相空间重构(PSR)。然后,针对老化时间计算最大 Lyapunov 指数和功率谱。研究了退化过程中非线性和混沌行为的演变。由此,构建了一种考虑非线性指标的新型健康指标(HI)。随后,提出了一种基于长短期记忆(LSTM)网络的预测方法。通过实际退化数据集对所开发的方法进行了验证。结果表明,所开发的方法能够克服这些局限性,并具有理想的准确性。
English Abstract
Prognostic and health management (PHM) techniques for power MOSFETs are getting increasing attention recently. A variety of methods have been developed and implemented to conduct lifetime predictions for power MOSFETs. Nevertheless, most of the current studies seem to have limitations in a comprehensive understanding of the nonlinear dynamical degradation process. Single parameter-oriented prediction methods may ignore deeper dynamical behaviors during the degradation. Besides, the methods are incapable of tackling abnormal degradation paths such as a sudden rise. In view of the limitations, a data-driven prediction method taking into consideration the nonlinear dynamical behaviors is developed. To analyze nonlinear and chaotic properties, phase space reconstruction (PSR) is conducted on the time series degradation data. Then, the largest Lyapunov exponent and power spectrum are calculated against aging time. The evolution of nonlinear and chaotic behaviors during the degradation is investigated. Thereby, a novel health indicator (HI) taking into account nonlinear indices is constructed. Subsequently, a prediction method based on a long short-term memory (LSTM) network is proposed. The developed method is validated by an actual degradation dataset. The results show that the developed method is capable of addressing the limitations with desirable accuracies.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项针对功率MOSFET的剩余寿命预测技术具有重要的战略价值。功率MOSFET作为光伏逆变器和储能变流器中的核心开关器件,其可靠性直接影响系统的稳定运行和全生命周期成本。
该研究的创新之处在于突破了传统单参数预测方法的局限性,通过相空间重构和李雅普诺夫指数等非线性动力学工具,深度挖掘器件退化过程中的混沌特性和深层动态行为。这对阳光电源的产品具有三重价值:首先,在光伏逆变器领域,该方法能够提前识别MOSFET的异常退化路径(如突变失效),为预防性维护提供精准预警,这对于大型地面电站的运维管理尤为关键;其次,在储能系统中,由于充放电循环导致的复杂热应力和电应力,MOSFET的退化呈现显著的非线性特征,该技术能够更准确地评估变流器健康状态,优化电池系统的调度策略;第三,结合LSTM神经网络的数据驱动方法,可与阳光电源现有的智能运维平台iSolarCloud深度融合,实现设备级的精细化健康管理。
从技术成熟度看,该方法已通过实际退化数据验证,但工程化应用仍面临挑战:需要建立涵盖不同工况、环境条件的退化数据库;相空间重构的计算复杂度需要在边缘计算设备上优化;多器件协同退化的建模也有待深入研究。建议阳光电源可先在高价值场景(如海外电站、工商业储能)开展试点应用,逐步积累数据资产,将其打造成差异化的智能运维竞争优势。