[發明專利]一種用于變流器IGBT壽命預警的測試方法及裝置

在審

• 申請號: 202211087996.5
• 申請日: 2022-09-07
• 公開（公告）號: CN115389898A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 何笠;孫盼;孫軍;楊剛;蔡進;汪小娜;熊義勇
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 雷霄

本申請公開了一種用于變流器IGBT壽命預警的測試方法及裝置。該方法包括：將待測IGBT置于恒溫箱，對IGBT采用第一電流進行加熱，直至恒溫箱溫度恒定為預設溫度Tj，切斷第一電流，然后采用第二電流使變流器IGBT導通，獲得此時變流器IGBT的飽和壓降Vce，重復上述過程，獲得溫度Tj關于飽和壓降Vce的校準曲線函數；采用第三電流對IGBT進行加熱，切斷第三電流，然后采用上述第二電流使變流器IGBT導通，獲得此時IGBT的飽和壓降V’ce以及IGBT的殼體溫度或環境溫度Tx；計算此時IGBT的結溫T'j和熱阻R，進行壽命預警。本發明可以實現無須拆卸，即可對變流器IGBT進行壽命預警。

技術領域

本申請涉及電力電子變流器技術領域，更具體地，涉及一種用于變流器IGBT壽命預警的測試方法及裝置。

背景技術

電力電子變流器(以下簡稱“變流器”)作為核心裝置，廣泛應用于軌道交通、電動汽車、船舶推進以及航空航天等重要領域中，變流器中核心功率半導體器件為IGBT，IGBT為絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，簡稱IGBT)，其可靠性直接關系到變流器的安全運行，因此對IGBT的可靠性要求非常高。

IGBT在實際應用中大部分是由PNP型晶體管與N溝道MOSFET結合而成的N溝道IGBT。IGBT模塊作為功率變流器的主要部件，因IGBT失效而導致功率變流器的故障率較高，當IGBT重復開通或關斷時，由于IGBT模塊封裝是由多層結構組成且相鄰層熱膨脹系數的差異產生交變熱應力，在該交變熱應力的反復作用下使得材料產生蠕變疲勞、失效，其工作壽命與可靠性將影響到整個裝置或系統的正常運行。

IGBT器件發生早期失效的原因包括：芯片制造過程中的微小缺陷、直接覆銅陶瓷基板的缺陷、鍵合線的引線接觸不良等極其微小的缺陷，或者人為的失誤等。這些缺陷或失誤，可以通過在IGBT器件的設計中，或在制造工序設計、器件構造設計及裝配工序設計中，使用各種設計方法持續提高質量，從而降低失效發生的可能性。然而，要在設計階段完全消除這些缺陷或失誤是非常困難的，因此可以需要采用可靠性測試的方法進行篩選。

發明內容

針對現有技術的至少一個缺陷或改進需求，本發明提供了一種用于變流器IGBT壽命預警的測試方法及裝置，可以實現無須拆卸，即可對變流器IGBT進行壽命預警。

為實現上述目的，按照本發明的第一個方面，提供了一種用于變流器IGBT壽命預警的測試方法，包括步驟：

S101，將待測IGBT置于恒溫箱，對所述IGBT采用第一電流進行加熱，直至所述恒溫箱溫度恒定為預設溫度Tj，切斷所述第一電流，然后采用第二電流使所述變流器IGBT導通，所述第二電流小于所述第一電流，獲得此時所述變流器IGBT的飽和壓降Vce；

S102，重復步驟S01，獲得多組溫度Tj和對應的飽和壓降Vce，擬合獲得溫度Tj關于飽和壓降Vce的校準曲線函數；

S103，將所述IGBT置于非恒溫區，采用第三電流對所述IGBT進行加熱，切斷所述第三電流，然后采用所述第二電流使所述變流器IGBT導通，獲得此時所述IGBT的飽和壓降V’ce以及所述IGBT的殼體溫度或環境溫度Tx；

S104，根據所述飽和壓降V’ce、殼體溫度或環境溫度Tx和所述校準曲線函數計算此時所述IGBT的結溫T'j和熱阻R，根據所述結溫T'j和熱阻R進行壽命預警。

進一步地，所述第二電流為所述變流器IGBT額定電流的1/500至1/2000。

進一步地，所述第一電流和第三電流為直流電流，所述對所述IGBT采用第一電流進行加熱是按照預設導通斷開時間對所述IGBT間斷施加所述第一電流，所述對所述IGBT采用第三電流進行加熱是按照預設導通斷開時間對所述IGBT間斷施加所述第三電流。