[發明專利]一種基于仿真建模和短時試驗的IGBT間歇壽命試驗方法

在審

• 申請號: 201610841604.8
• 申請日: 2016-09-22
• 公開（公告）號: CN107861040A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 付桂翠;程禹;萬博;姜貿公
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26;G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于仿真建模和短時試驗的IGBT間歇壽命試驗方法，其特征在于：綜合考慮散熱條件、參數控制方法、功率大小、溫度范圍、安全工作區域和失效機理等因素，預選出若干套間歇壽命試驗方案，通過進行短時的功率循環試驗獲得器件在單循環中的升降溫時間，借助仿真方法得到器件失效前功率循環次數，預估各預選方案的實際功率循環試驗時間，進而優選得到最佳的間歇壽命試驗方案，該方法具體步驟如下：

步驟一：確定散熱條件

步驟二：確定參數控制方法

步驟三：確定失效判據

步驟四：確定器件功率大小和結溫控制范圍

步驟五：安全工作區及最大允許結溫分析

步驟六：實施短時試驗

步驟七：仿真建模分析

步驟八：優選間歇壽命試驗方案

根據步驟六短時試驗測得的單循環時間乘以步驟七仿真得到的循環次數，預估功率循環試驗時間，進而優選得到最佳的間歇壽命試驗方案。

2.根據權利要求1所述的一種基于仿真建模和短時試驗的IGBT間歇壽命試驗方法，其特征在于：在步驟一所述的確定散熱條件，包括散熱器規格、環境散熱條件等，其具體過程如下：

在散熱器規格方面，熱阻越小，散熱性能越好，散熱器的熱阻除了與散熱器材料有關之外，還與散熱器的形狀、尺寸大小以及安裝方式有關，在進行IGBT間歇壽命試驗之前需要對所選散熱器進行短時升降溫試驗，確定特定條件下試驗時間最短的散熱器，IGBT間歇壽命試驗是隨著結被加熱和冷卻使殼溫明顯地升高和下降，在間歇壽命試驗的散熱片選取上盡量使用較小的散熱器；

在環境散熱條件方面，可在不加功率時間內采取強迫風冷，加快器件冷卻速率，減少壽命循環時間。

3.根據權利要求1所述的一種基于仿真建模和短時試驗的IGBT間歇壽命試驗方法，其特征在于：在步驟二中所述的確定參數控制方法包括常數升降溫時間、常數殼溫、常數功率密度和常數結溫四種方法，其具體過程如下：

常數升降溫時間是在功率循環試驗初始階段將試驗條件調整至所需參數，保持加熱時間T_on和降溫時間T_off為常數并重復循環進行試驗，結溫溫差ΔT在試驗初始階段即定義，最高結溫T_vj,max、最低結溫T_vj,min和結溫溫差ΔT可能在試驗期間變化；

常數殼溫是控制散熱片溫度或器件殼溫，因為器件和散熱片之間的熱傳輸在功率循環試驗期間可能發生退化；

常數功率密度是保持功率密度P_V為常數，由于V_GE升高是導通壓降V_CE上升的一個原因，這種試驗方案避免了不同失效模式的相同加速效應；

常數結溫是控制T_vj,max和T_vj,min為常數，通過減少t_on或I_load來控制最高結溫和最低結溫為常數，這種試驗方法抑制了所有的退化效應，試驗條件導致器件最長的壽命，進而導致其試驗時間最長；

常數升降溫時間方案最為嚴酷，但也與實際應用情況最接近，在IGBT間歇壽命試驗的條件控制方案中建議優先選擇該方案，其他試驗方案可酌情選擇。

4.根據權利要求1所述的一種基于仿真建模和短時試驗的IGBT間歇壽命試驗方法，其特征在于：在步驟三所述的確定失效判據是在間歇壽命試驗中可根據試驗條件適當選取被監測參數，可以監測熱阻R_th或導通壓降V_CE,on相對初始值的增加作為其失效判據。為了方便在線監測，選取導通壓降V_CE,on為被監測參數，其相對于初始值增加5％～20％均可作為失效判據。綜合考慮失效判據對間歇壽命試驗時間的影響，以及試驗中信號噪聲或開關階段的干擾，采取10％作為導通壓降的失效判據。