[发明专利]基于热阻抗特征频率的功率半导体器件健康状态评估方法

说明书

本发明提供了一种基于热阻抗特征频率的功率半导体器件健康状态检测方法，包括：提取功率半导体器件及其散热器的热阻抗特征频率；检测n个所述热阻抗特征频率的变化情况；将所述热阻抗特征频率的变化情况，与健康状态下的热阻抗特征频率进行对比，评估所述功率半导体器件的健康状态。本发明中通过提取功率半导体器件输出热流与结、壳、散热器温度曲线，获得功率半导体器件及其散热器的热阻抗特征频率；通过多个热阻抗特征频率变化趋势，反映功率半导体器件内、外不同位置的健康状态。本发明可以高效、低成本、非侵入地检测功率半导体器件内外部健康状态。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体的，涉及一种基于热阻抗特征频率的功率半导体器件健康状态评估方法。

背景技术

功率器件是变流器中最易失效的组件之一，对功率半导体器件进行状态监测，判断其健康状态，能够有效提高电力电子系统可靠性。近年来，频域热阻抗模型正逐渐受到人们的关注，因为相较于传统Foster和Cauer模型，它在全频段都能准确预测功率半导体器件的温度特性。而现有的反应健康状态的方法都基于时域分析，应用较为复杂且需求解大量参数，采用频域分析，对半导体器件进行健康状态评估，既减小了参数提取难度，又能有效反应健康状态。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种基于热阻抗特征频率的功率半导体器件健康状态评估方法。

本发明的第一方面，提供一种基于热阻抗特征频率的功率半导体器件健康状态评估方法，包括：

提取功率半导体器件的热阻抗特征频率；所述功率半导体器件为包含散热器的功率半导体器件或不包含散热器的功率半导体器件；

检测n个所述热阻抗特征频率的变化情况；

将所述热阻抗特征频率的变化情况，与健康状态下的热阻抗特征频率进行对比，评估所述功率半导体器件的健康状态。

可选地，所述评估功率半导体器件的健康状态，其中：

所述热阻抗特征频率反映功率半导体器件不同位置的健康状态，包括内部的功率半导体器件的多层结构健康状态判断以及外部散热器及其接触界面的健康状态判断；

将提取的功率半导体器件的热阻抗特征频率，与健康状态下的热阻抗特征频率进行对比，当不同频段的热阻抗特征频率变化率达到设定的程度后，即判断功率半导体器件对应位置出现了老化。

更优选地，所述n个热阻抗特征频率包括低频段热阻抗特征频率、中频段热阻抗特征频率、高频段热阻抗特征频率中一个或多个，所述低频段、中频段和高频段根据功率半导体器件类型而有所变化。

可选地，所述功率半导体器件，包括：

-硅基和非硅基的IGBT、MOSFET、晶体管、晶闸管、二极管中任一种；

-采用单管、焊接或压接型模块的封装形式中功率半导体器件的任一种，其中压接型模块包含有铜基板和无铜基板中任一种；

-采用包括风冷和液冷散热器的功率半导体器件中任一种。

可选地，所述提取功率半导体器件及其散热器的热阻抗特征频率，采用以下任一种方法：

-通过获取所述功率半导体器件在损耗变化时的热流曲线，提取出功率半导体器件及其散热器的热阻抗特征频率；

-通过获取功率半导体器件在损耗变化时的结、壳、散热器温度曲线，提取出功率半导体器件及其散热器的热阻抗特征频率；

-通过获取功率半导体器件在损耗变化时的热流曲线以及结、壳、散热器温度曲线，提取出功率半导体器件及其散热器的热阻抗特征频率；

其中，通过结、壳、散热温度曲线的提取方法能确定热阻抗特征频率的范围区间；通过热流曲线的提取方法能提高热阻抗特征频率提取精度。