[发明专利]一种测量电力电子器件温度分布的电学方法

说明书

本发明涉及电力电子器件结温测量技术领域，具体涉及一种测量电力电子器件温度分布的电学方法，包含如下步骤：1）通过实验测量获得器件在不同温度下的I‑V‑T特性曲线；2）对I‑V‑T特性曲线实验数据进行拟合，得到I、V、T三者的数值关系I(V,T)；3）用函数分布描述器件芯片温度分布；4）用n个二极管并联电路模型模拟器件在小电流下的通态电路模型，建立器件芯片在温度梯度下I和V的数值模型；5）通过多电流测量法得到不同电流下器件的通态压降；6）用联立非线性方程组求解，得到温度分布函数的各个参数；7）将各个参数代入即可获得芯片温度分布。与现有技术相比，本发明不需要破坏器件封装结构。

技术领域

本发明涉及电力电子器件结温测量技术领域，具体涉及一种测量电力电子器件温度分布的电学方法。

背景技术

电力电子器件正大量应用在直流电网、电力机车和电动汽车等变流领域，根据电力电子系统可靠性研究报告，电力电子器件是电力电子系统中失效率最高的部分，大约占整个电力电子系统的34%。而电力电子器件的失效55%是由温度造成的。可以看出电力电子器件的结温准确测量对于提高整个电力电子系统的可靠性具有重要意义。

小电流下PN结压降法是目前使用最为广泛的一种结温测量法，作为一种温敏电参数法，相比物理接触法和光学法具有不破坏器件封装结构的独特优点，被各主流标准采用应用于功率循环试验或热阻测量中的结温测量。关于该方法的缺点，学术界和工业界也较为清晰，其中之一就是不能获得器件的温度分布，只能得到一个温度数值，这也是所有温敏电参数法的缺点。

目前获得器件芯片温度分布的方法主要是红外测温法，红外测温法需要打开模块封装结构，并清理模块内部的绝缘硅胶，让芯片暴露在红外摄像头下，进行直接测量。另外一种获得器件芯片温度分布的方法是物理接触法，即采用热电偶直接与芯片相接触，每一个热电偶只能获取接触点的温度，为了获得芯片表面温度分布，则需要尽可能多的热电偶。由于芯片表面布满了用于通流的键合线，利用此方法测量模块结温时所选用热电偶的体积必须足够小才能与模块的芯片很好的接触，但是制造工艺的限制使得体积极小的热电偶精度不高，测量值不够准确。上述两种方法都需要对模块的封装结构进行破坏，一方面改变了器件的热学特性，测量结果与实际值相差较大，另一方面只能应用在实验室中测量结温，不能用于实际应用中的结温测量。

随着功率模块朝着大电流、大功率和高可靠性的方向发展，一种新型封装结构的IGBT模块—压接型IGBT器件正逐步应用在柔性直流输电中，压接型IGBT器件通过外部压力使得各组件紧密结合在一起，在这种封装结构中，目前用于测量芯片温度分布的红外测温法和物理接触法均不适用。

发明内容

鉴于目前芯片温度分布测量方法的局限性，本发明专利提出一种测量电力电子器件温度分布的电学方法，对传统的小电流下PN结压降法进行改进，通过反向求解温度分布函数参数得到芯片温度分布，使得通过电学方法也能进行温度分布的测量。通过本发明提出的方法可以简单方便快速的进行芯片温度分布测量，尤其是解决了目前压接型IGBT器件中芯片温度分布无法测量的问题，为其可靠性研究奠定基础。为此，本发明采取的技术方案是：

这一种测量电力电子器件温度分布的电学方法，与现有技术不同的是：包含如下步骤：