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技术。但是，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善未来的设备，需要在电力电子设备完全失效之前及早发现损害。

在最近发表在《 IEEE Transactions on Power Electronics on Power Electronics》上的一项研究中，大阪大学的研究人员在功率循环测试过程中实时监测了碳化硅肖特斯基二极管中裂纹的传播。研究人员使用了一种称为声发射的分析技术，该技术以前尚未为此目的进行过报道。

在功率循环测试过程中，研究人员模仿反复打开和关闭设备，以监视随时间推移对二极管造成的损坏。声发射的增加对应于对附着在碳化硅肖特斯基二极管上的铝带的逐渐损坏。研究人员将监视的声发射信号与设备损坏的特定阶段相关联，最终导致故障。

第一作者ChanYang Choe解释说：“换能器在功率循环测试期间将声发射信号转换为可以测量的电输出。” “我们观察到突发型波形，与设备中的疲劳裂纹相一致。”

检查电源设备是否损坏的传统方法是监视电源循环测试期间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，但仅当设备接近完全失效时才出现。相反，声发射计数更加敏感。在功率循环测试期间，声发射计数存在明显的趋势，而不是全部或没有响应。

“不像正向电压图，声发射图表明了裂纹发展的所有三个阶段，”资深作者陈传同说。“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。如此处报道的，声发射监测就是这种方法。将来，这一发展将帮助研究人员确定碳化硅器件为何会失效，并改善通用和先进技术的未来设计。

图1.声发射（AE）用于监测带有Ag烧结模头的离散SiC肖特基势垒二极管（SBD）器件的磨损失效，从而首次成功实时监测了铝带的失效进度。（a）SiC-SBD器件的光学图像。（b）横截面SEM图像。（c）用于功率循环测试和实时AE监控的实验设备。（d）采集到的声发射信号的波形及其特性，包括计数和幅度。（e）在功率循环测试过程中，功率电子设备中AE信号（即弹性波）的生成，传播和收集。

图2.在消除了背景AE噪声（包括电源开关和通过噪声过滤的环境噪声）之后，在功率循环测试中成功为SiC器件收集了AE信号。（a）断电循环测试后发生故障的分立SiC-SBD器件的剥离故障分析结果。（b）一条断裂前的铝带的横截面，其中在界面处观察到许多裂纹。（c）将AE单一监视与传统的故障监视方法进行了比较：在电源循环测试期间使用正向电压。结果表明，AE监测可用于了解铝带中的疲劳传播（即，失效机理），也可作为电力电子设备灾难性提离断裂之前的预警。