[發明專利]一種MOSFET壽命預測方法

在審

• 申請號: 202111246228.5
• 申請日: 2021-10-26
• 公開（公告）號: CN113945818A
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 伍偉;古湧乾;陳勇
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26;G01R27/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種MOSFET壽命預測方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、獲取MOSFET器件的歷史數據；

S2、通過曲線擬合建立數據驅動模型；

S3、利用隨機采樣一致性算法進行數據處理；

S4、利用卡爾曼濾波算法建立預測方程；

S5、估計MOSFET的剩余使用壽命。

2.根據權利要求1所述的MOSFET壽命預測方法，其特征在于，所述步驟S1的具體方法為：

對MOSFET器件進行熱應力循環老化實驗，通過傳感器獲取器件的開關電壓和開關電流，再由數字信號處理模塊(DSP)通過開關電壓除以開關電流來計算器件的導通電阻R，以此來獲取MOSFET的導通電阻隨熱老化的變化情況，得到歷史數據集。

3.根據權利要求1所述的MOSFET壽命預測方法，其特征在于，所述步驟S2的具體步驟為：

S2-1、通過曲線擬合得到導通電阻的變化量ΔR隨著循環次數n(即熱老化)的變化情況，擬合模型如下：

ΔR＝exp(an)+b

其中，a和b為擬合模型的參數；

S2-2、將上述擬合模型進行線性轉換，得到最后的數據驅動模型，以便于后續進行數據處理，轉換結果如下：

ln(ΔR)＝an+exp(b)

ln(ΔR)＝an+c

其中，c為線性轉換后的等效參數。

4.根據權利要求1所述的MOSFET壽命預測方法，其特征在于，所述步驟S3的具體步驟為：

S3-1、從歷史數據中隨機選擇k個點作為一個子樣本集；

S3-2、計算出該子樣本集的擬合模型f(n)；

S3-3、設置一個閾值δ，用子樣本集的擬合模型f(n)對所有歷史數據進行閾值檢驗，判別依據如下：

若|X_i-f(n)|≤δ，則X_i被標記為內群點；

若|X_i-f(n)|＞δ，則X_i被標記為離群點；

其中，X_i為第i個歷史數據；同時記錄下內群點的數量；

S3-4、重復操作步驟S3-1至S3-3，迭代次數設置為m；

S3-5、迭代完成后，選擇出內群點的數量最多的那一次，再對這些內群點用最小二乘法重新估計出擬合模型h(n)，同時舍棄歷史數據集中的其余數據。

5.根據權利要求1所述的MOSFET壽命預測方法，其特征在于，所述步驟S4的具體步驟為：

S4-1、根據模型h(n)分別建立系統的狀態方程和觀測方程：

X(k)＝AX(k-1)+Bw(k-1)

Z(k)＝CX(k)+Dv(k)

其中，X(k)為步驟S3操作后剩余數據中的第k個數據；w和v分別為系統的過程噪聲與測量噪聲；A、B、C、D為系統相關的參數矩陣；

S4-2、根據狀態方程，利用第k-1次的數據預測第k次的數據：

X(k|k-1)＝AX(k-1|k-1)

其預測的協方差矩陣為：

P(k|k-1)＝AP(k-1|k-1)A^T+BQB^T

計算其卡爾曼增益為：

K＝P(k|k-1)C^T/(CP(k|k-1)C^T+R)

再利用狀態的觀測值，來最優化預測值，從而進行狀態更新：

X(k|k)＝X(k|k-1)+K(Z(k)-CX(k|k-1))

最后更新協方差矩陣：

P(k|k)＝[I-KC]P(k|k-1)

其中，Q和R分別為過程噪聲和測量噪聲的協方差；Z為系統的觀測值；I為單位矩陣；

S4-3、系統進入下一個狀態，重復步驟S4-2，繼續更新對應的協方差矩陣，從而繼續估算下一狀態的值，以此迭代計算下去。

6.根據權利要求1所述的MOSFET壽命預測方法，其特征在于，所述步驟S5的具體方法為：

設置一個預警閾值，當某一狀態估計的值大于或等于這個閾值時，該狀態對應的循環次數就是器件的壽命終點，再根據當前器件的實驗次數，就可以估算出該MOSFET器件的剩余使用壽命。