[發明專利]基于熱阻抗特征頻率的功率半導體器件健康狀態評估方法

有效

• 申請號: 202111030719.6
• 申請日: 2021-09-03
• 公開（公告）號: CN113702794B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 馬柯;鐘權
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26;G06F30/398;G06F119/02;G06F119/04
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀

本發明提供了一種基于熱阻抗特征頻率的功率半導體器件健康狀態檢測方法，包括：提取功率半導體器件及其散熱器的熱阻抗特征頻率；檢測n個所述熱阻抗特征頻率的變化情況；將所述熱阻抗特征頻率的變化情況，與健康狀態下的熱阻抗特征頻率進行對比，評估所述功率半導體器件的健康狀態。本發明中通過提取功率半導體器件輸出熱流與結、殼、散熱器溫度曲線，獲得功率半導體器件及其散熱器的熱阻抗特征頻率；通過多個熱阻抗特征頻率變化趨勢，反映功率半導體器件內、外不同位置的健康狀態。本發明可以高效、低成本、非侵入地檢測功率半導體器件內外部健康狀態。

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，具體的，涉及一種基于熱阻抗特征頻率的功率半導體器件健康狀態評估方法。

背景技術

功率器件是變流器中最易失效的組件之一，對功率半導體器件進行狀態監測，判斷其健康狀態，能夠有效提高電力電子系統可靠性。近年來，頻域熱阻抗模型正逐漸受到人們的關注，因為相較于傳統Foster和Cauer模型，它在全頻段都能準確預測功率半導體器件的溫度特性。而現有的反應健康狀態的方法都基于時域分析，應用較為復雜且需求解大量參數，采用頻域分析，對半導體器件進行健康狀態評估，既減小了參數提取難度，又能有效反應健康狀態。

發明內容

針對現有技術中存在的上述不足，本發明的目的是提供一種基于熱阻抗特征頻率的功率半導體器件健康狀態評估方法。

本發明的第一方面，提供一種基于熱阻抗特征頻率的功率半導體器件健康狀態評估方法，包括：

提取功率半導體器件的熱阻抗特征頻率；所述功率半導體器件為包含散熱器的功率半導體器件或不包含散熱器的功率半導體器件；

檢測n個所述熱阻抗特征頻率的變化情況；

將所述熱阻抗特征頻率的變化情況，與健康狀態下的熱阻抗特征頻率進行對比，評估所述功率半導體器件的健康狀態。

可選地，所述評估功率半導體器件的健康狀態，其中：

所述熱阻抗特征頻率反映功率半導體器件不同位置的健康狀態，包括內部的功率半導體器件的多層結構健康狀態判斷以及外部散熱器及其接觸界面的健康狀態判斷；

將提取的功率半導體器件的熱阻抗特征頻率，與健康狀態下的熱阻抗特征頻率進行對比，當不同頻段的熱阻抗特征頻率變化率達到設定的程度后，即判斷功率半導體器件對應位置出現了老化。

更優選地，所述n個熱阻抗特征頻率包括低頻段熱阻抗特征頻率、中頻段熱阻抗特征頻率、高頻段熱阻抗特征頻率中一個或多個，所述低頻段、中頻段和高頻段根據功率半導體器件類型而有所變化。

可選地，所述功率半導體器件，包括：

-硅基和非硅基的IGBT、MOSFET、晶體管、晶閘管、二極管中任一種；

-采用單管、焊接或壓接型模塊的封裝形式中功率半導體器件的任一種，其中壓接型模塊包含有銅基板和無銅基板中任一種；

-采用包括風冷和液冷散熱器的功率半導體器件中任一種。

可選地，所述提取功率半導體器件及其散熱器的熱阻抗特征頻率，采用以下任一種方法：

-通過獲取所述功率半導體器件在損耗變化時的熱流曲線，提取出功率半導體器件及其散熱器的熱阻抗特征頻率；

-通過獲取功率半導體器件在損耗變化時的結、殼、散熱器溫度曲線，提取出功率半導體器件及其散熱器的熱阻抗特征頻率；

-通過獲取功率半導體器件在損耗變化時的熱流曲線以及結、殼、散熱器溫度曲線，提取出功率半導體器件及其散熱器的熱阻抗特征頻率；

其中，通過結、殼、散熱溫度曲線的提取方法能確定熱阻抗特征頻率的范圍區間；通過熱流曲線的提取方法能提高熱阻抗特征頻率提取精度。