現代電力電子電路因具有低噪聲、高效率、高功率密度等優點，廣泛應用於工業、軍事、航空航天等領域
[1-3]，承擔著電能變換、新能源發電等重要作用。隨著電力電子技術的發展，電力電子裝置的可靠性問題日益受到國內外學者的關注。絕緣柵雙極型晶體管（Insulated-Gate-Bipolar Transistor, IGBT）與功率金屬-氧化物半導體場效應晶體管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）作為電力電子電路的核心元件，是目前電力電子電路可靠性研究的主要關注點[4-7]。由於功率MOSFET的工作頻率更高，其可靠性的在線監測更難實現，因而功率MOSFET可靠性在線監測方法的研究極為重要。
功率MOSFET失效的原因可分為芯片相關的失效以及與封裝相關的失效兩類。與芯片相關的失效原因主要有電氣過載、靜電荷放電、電離輻射效應[8,9]與熱載流子效應[10-12]。電離輻射效應與熱載流子效應通常以閾值電壓Vth增大作為故障特徵[13,14]。封裝相關的失效源於芯片與封裝材料的熱膨脹係數存在差異，在熱應力的作用下，造成內部結構的疲勞，主要包括鍵合線斷裂以及焊接層疲勞。
鍵合線斷裂和焊接層疲勞分別以導通電阻RDS(on)增大[15]和熱阻Rth增大[16,17]為主要衰退特徵。導通電阻與熱阻的增大都會造成功率MOSFET的工作結溫的上升，因而結溫常被用來評估封裝相關的衰退情況[18]。閾值電壓因具有良好的溫度敏感性以及線性度，故而又是用來估計功率MOSFET結溫的重要參數[19]。因此，閾值電壓在功率MOSFET健康監測以及故障預測方面具有重要價值，對閾值電壓進行實時監測，對於功率MOSFET的可靠性研究具有重要意義。
閾值電壓的測量電路已有相當廣泛的研究[20]，然而目前的研究多針對離線的MOS管，適用於電力電子電路的研究很少。文獻[21]針對實際的電路，給出了閾值電壓的動態測量方法，然而該電路需要同時測量電壓、電流，且對電流的測量精度要求較高。
對於一個實際工作的電力電子系統，系統工作於大電流的狀態，因而該電流傳感器既要滿足寬測量範圍，又要滿足高測量精度，難以實現。文獻[18]對文獻[21]中的動態測量方法進行了優化，並給出了一種穩態測量方法，然而該方法引入了較多的輔助測量元件，結構複雜，且輔助測量元件會影響電力電子電路的正常工作。
因而，現有的方法都無法實現閾值電壓的在線監測。本文利用實際電力電子系統中線路存在的寄生電感，提出了一種閾值電壓實時監測的方法，該方法簡單易實現，未引入任何輔助器件，且適用於任何硬開關的電力電子電路中。
南京航空航天大學自動化學院的研究人員任磊、龔春英，在2018年第15期《電工技術學報》上撰文，首先詳細分析了現有的兩種電力電子電路中MOSFET閾值電壓測量電路，指出其在實際應用中的缺陷。針對實際的電力電子電路，利用線路中的漏感，提出了一種簡單易實現的閾值電壓監測方法，該方法不需要引入其他輔助元器件，只需對一處電壓進行採樣，且適用於任何硬開關的電力電子電路中。以Buck電路為例，詳細分析了測量原理，並給出了實現方法。最後，通過仿真及實驗驗證了閾值電壓測量方法的有效性，為故障預測研究奠定了基礎。
圖1 動態測量電路
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