CN108614204A - 一种igbt器件低频噪声可靠性评价方法 - Google Patents
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Abstract
一种IGBT器件低频噪声可靠性评价方法，涉及IGBT功率器件可靠性分析领域，解决现有IGBT器件的可靠性研究方法均为有损和破坏性检测。在检测过程中，IGBT器件会瞬间发生损坏或随着时间的增加，IGBT器件的重要电学参数发生变化，造成被测IGBT器件无法正常工作，且不能对IGBT器件的隐性故障时行评价等问题，本发明提出了IGBT低频噪声可靠性评价方法。预测和评系统中IGBT的状态和实际可达到的可靠性，确保电能转换系统以及整个系统的安全运行。相对于现在的IGBT可靠性评价方法，符合隐性故障预测，无损分析，准确可靠的要求。能够客观实现IGBT器件可靠性无损准确评价，反应IGBT器件的实际低频噪声情况，具有方法科学、适用，评价准确、快捷等优点。
Description
技术领域
本发明涉及IGBT功率器件可靠性分析领域，具体涉及一种IGBT器件低频噪声可靠性评价方法。
背景技术
IGBT作为电能变换的核心器件，广泛应用于轨道交通、医疗设备稳压电源、新能源、智能电网、新能源汽车等战略性新兴产业领域，以及工业、航空航天、国防军工等产业领域，成为变流装置的主要功率开关器件。同时随着城市轨道交通的发展，IGBT模块功率密度也趋于增大，导致单位体积发热量也越来越大，进而造成器件承受更大的温度波动和热应力，模块更易发生疲劳失效。对I GBT器件可靠性要求更为严格。目前现在有IGBT器件的可靠性研究方法均为有损和破坏性检测。在检测过程中，IGBT器件会瞬间发生损坏或随着时间的增加，IGBT器件的重要电学参数发生变化，造成被测IGBT器件无法正常工作，且现有方法不能对IGBT器件的隐性故障时行评价。
发明内容
本发明为解决现有IGBT器件的可靠性研究方法均为有损和破坏性检测。在检测过程中，IGBT器件会瞬间发生损坏或随着时间的增加，IGBT器件的重要电学参数发生变化，造成被测IGBT器件无法正常工作，且不能对IGBT器件的隐性故障时行评价等问题，提供一种IGBT器件低频噪声可靠性评价方法。
一种IGBT器件低频噪声可靠性评价方法，该方法由以下步骤实现：
步骤一、对三款相同型号的IGBT器件进行编号，依次为：可靠性高的正常工作的为一号IGBT，能够工作但存在安全隐患的为二号IGBT，存在故障的为三号IGBT；
步骤二、对步骤一中三款相同型号的IGBT器件进行一致性调整；
将三个依次编号的IGBT器件分别放置于具有电磁干扰屏蔽功能和恒温调节功能的电磁屏蔽器A、B和C中，电磁屏蔽器A、B和C的应用环境及功能相同，并设定温度为300K；
步骤三、依次测量一号IGBT、二号IGBT和三号IGBT的低频噪声；
采用前置低噪声电压放大器分别对一号IGBT、二号IGBT和三号IGBT的低频噪声进行放大，放大后的信号分别由频谱分析仪进行采集，即：采用数据采集卡采集一号IGBT、二号IGBT和三号IGBT的低频噪声数据，并通过IGBT低频噪声分析平台提取、分析以及处理，最终获得一号IGBT、二号IGBT和三号IGBT的低频噪声数据；
步骤四、测量一号IGBT的标准低频噪声电压功率谱：
将步骤二所述的A中的一号IGBT与IGBT低频噪声测试分析平台相连，使IGBT驱动保护电路正常工作，所述IGBT低频噪声测试分析平台检测60s后停机，存储数据，将获得的数据经IGBT低频噪声测试分析平台分析和处理，获得一号IGBT的标准低频噪声电压功率谱，重复测试一号IGBT，最终在频谱分析仪上得到一号IGBT的标准低频噪声电压功率谱；
步骤五、获得IGBT的可靠性评价：
将步骤二所述的B中二号IGBT、C中三号IGBT分别与所述的IGBT低频噪声测试分析平台相连，所述IGBT低频噪声测试分析平台通电工作，使IGBT驱动保护电路正常工作，所述IGBT低频噪声测试分析平台检测60s后停机，存储数据，将获得的数据经IGBT低频噪声测试分析平台分析和处理，分别获得二号IGBT和三号IGBT的电压噪声功率谱；
将获得的二号IGBT电压噪声功率谱与一号IGBT的标准低频噪声电压功率谱相比，根据谱线发生的变化，确定二号IGBT存在故障隐患，三号IGBT为故障器件，实现IGBT器件可靠性的评定。
本发明的有益效果：本发明方法先找到IGBT器件内部缺陷与低频噪声的内在关系，当IGBT器件存在可靠性问题时，其载流子密度会发生改变，在一定温度下，晶格原子的振动会引起点缺陷，位错是半导体中的一种缺陷，它对半导体材料和器件的性能会产生严重影响，界面陷阱电荷Qit位于氧化物/半导体界面处，由于结构缺陷(如悬挂键、晶格失配等)、硅表面上附着的杂质原子、氧化导致的缺陷和辐射或热载流子效应致使化学键断裂造成缺陷。这些缺陷都会导致IGBT器件产生低频噪声，因此可通过低频噪声的变化分析IGBT器件潜在或都已经发生的故障状态变化，进而根据低频噪声和故障的关系，实现对IGBT器件可靠性的评价。
本发明所述的方法利用IGBT器件内部结构和载流子运动分析了IGBT器件低频噪声产生原因，通过器件的低频噪声和缺陷建立联系，提出了IGBT低频噪声可靠性评价方法。预测和评系统中IGBT的状态和实际可达到的可靠性，确保电能转换系统以及整个系统的安全运行。相对于现在的IGBT可靠性评价方法，符合隐性故障预测，无损分析，准确可靠的要求。能够客观实现IGBT器件可靠性无损准确评价，反应IGBT器件的实际低频噪声情况，具有方法科学、适用，评价准确、快捷等优点。
本发明提出了一种基于IGBT器件，内部结构缺陷引起低频噪声，产生的低频噪声评价IGBT器件可靠性的方法。该方法是一种无损器件可靠性评价方法，利用本方法可以实现对IGBT器件可靠性的早期预警及评价。
附图说明
图1为本发明所述的一种IGBT器件低频噪声可靠性评价方法的流程图；
图2为本发明所述的一种IGBT器件低频噪声测试分析平台图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1和图2说明本实施方式，一种IGBT器件低频噪声可靠性评价方法，包括以下步骤：
一、首先对三款相同型号的IGBT器件进行编号：
将可靠性待定的三个同型器件按顺序编号，可靠性高的正常工作IGBT器件编为1号，能够工作但存在安全隐患的IGBT器件编为2号，故障IGBT器件编为3号；
二、进行一致性调整：将1号正常IGBT器件放置于具有电磁干扰屏蔽功能和恒温调节功能的电磁屏蔽器A中，将2号正常IGBT器件放置于具有电磁干扰屏蔽功能和恒温调节功能的电磁屏蔽器B中，将3号正常IGBT器件放置于具有电磁干扰屏蔽功能和恒温调节功能的电磁屏蔽器C中，A、B、C三室条件一致，并将温度设置为300K；
三、依次测量1号IGBT、2号IGBT和3号IGBT的低频噪声；
采用IGBT驱动电路保证安全可靠地开通和关断，作为控制器和主电路之间的接口，驱动要求主要包括：驱动电压、栅极电阻、驱动功率和最大峰值电流等。采用前置低噪声电压放大器SR560对IGBT器件低频噪声进行放大。放大后的信号由频谱分析仪PXIe-5667对该信号进行采集。数据采集卡将IGBT低频噪声数据与IGBT低频噪声测试分析平台相连，用于提取、分析、处理、记录、输出IGBT噪声数据，而且能够判断其可靠性等级；打印机与所述的IGBT低频噪声测试分析平台连接，打印输出噪声数据与可靠性评定结果；
四、测量1号IGBT器件标准低频噪声电压功率谱：
将A室中的1号正常IGBT器件与上述低频噪声测试分析平台相连，让低频噪声测试平台通电工作，再给IGBT驱动电路正常工作，检测60s后停机，存储数据，经过低频噪声分析和处理平台得到IGBT标准低频噪声功率谱，重复以上过程，最终得到1号IGBT器件的标准低频噪声电压功率谱；
五、实现IGBT器件可靠性评价：
将B室、C室的中2号、3号IGBT器件与所述的低频噪声检测平台相连，测试过程与步骤(4)中所述相同，用得到的电压噪声功率谱与标准电压噪声功率谱相比对，观察谱线发生变化的部分，2号IGBT器件存在故障隐患，3号IGBT器件是故障器件的结论，实现IGBT器件可靠性的评定；
所述的数据采集卡为NI公司PCI板卡，型号为PCI－8516DAQ，
其与低频噪声分析与处理平台中使用的LabView软件配合使用，软件版本为LabView 2017。
根据步骤二所述的一致性调整，更具体的内容包括：
a.使电磁屏蔽器在空载工作一段时间，使其接近理想参数，达到屏蔽要求；
b.分别将三款同型IGBT器件入在电磁屏蔽器A、B、C三室，摆在室内的中心位置，输出线与IGBT低频噪声测试分析平台连接；
c.调整室内温度达到300K(约27℃)；
d.测试设备及驱动电路放置于屏蔽器中，所有状态稳定后进行数据采集；
e.接通电源，等待采集、分析工作进行。
结合图1说明本实施方式，IGBT器件的低频噪声包括器件内部的1/f噪声，G－R噪声，爆裂噪声，RTS噪声引起的IGBT器件缺陷故障，采用具有良好驱动和保护能力的IGBT驱动电路，对IGBT器件进行低频噪声的放大，噪声数据的采集分析及最终的IGBT器件可靠性的判定。
本发明所描述的具体方式仅为一个实例，并非穷举，本领域技术人员可以对所描述的具体实例做各路各样的修改或补充，或采用类似方式替代，但并不会偏离发明的精神或超越权利要求所记载的保护范围。
Claims (3)
1.一种IGBT器件低频噪声可靠性评价方法，其特征是，该方法由以下步骤实现：
步骤一、对三款相同型号的IGBT器件进行编号，依次为：可靠性高的正常工作的为一号IGBT，能够工作但存在安全隐患的为二号IGBT，存在故障的为三号IGBT；
步骤二、对步骤一中三款相同型号的IGBT器件进行一致性调整；
将三个依次编号的IGBT器件分别放置于具有电磁干扰屏蔽功能和恒温调节功能的电磁屏蔽器A、B和C中，电磁屏蔽器A、B和C的应用环境及功能相同，并设定温度为300K；
步骤三、依次测量一号IGBT、二号IGBT和三号IGBT的低频噪声；
采用前置低噪声电压放大器分别对一号IGBT、二号IGBT和三号IGBT的低频噪声进行放大，放大后的信号分别由频谱分析仪进行采集，即：采用数据采集卡采集一号IGBT、二号IGBT和三号IGBT的低频噪声数据，并通过IGBT低频噪声分析平台提取、分析以及处理，最终获得一号IGBT、二号IGBT和三号IGBT的低频噪声数据；
步骤四、测量一号IGBT的标准低频噪声功率谱：
将步骤二所述的A中的一号IGBT与IGBT低频噪声测试分析平台相连，使IGBT驱动保护电路正常工作，所述IGBT低频噪声测试分析平台检测60s后停机，存储数据，将获得的数据经IGBT低频噪声测试分析平台分析和处理，获得一号IGBT的标准低频噪声电压功率谱，重复一号IGBT，最终在频谱分析仪上得到一号IGBT的标准低频噪声电压功率谱；
步骤五、获得IGBT的可靠性评价：
将步骤二所述的B中二号IGBT、C中三号IGBT分别与所述的IGBT低频噪声测试分析平台相连，所述IGBT低频噪声测试分析平台通电工作，使IGBT驱动保护电路正常工作，检测60s后停机，存储数据，将获得的数据经IGBT低频噪声测试分析平台分析和处理，分别获得二号IGBT和三号IGBT的电压噪声功率谱；
将获得的二号IGBT电压噪声功率谱与一号IGBT的标准低频噪声电压功率谱相比，根据谱线发生的变化，确定二号IGBT存在故障隐患，将获得的三号IGBT电压噪声功率谱与一号IGBT的标准低频噪声电压功率谱相比，根据谱线发生的变化，三号IGBT为故障器件，实现IGBT器件可靠性的评定。
2.根据权利要求1所述的一种IGBT器件低频噪声可靠性评价方法，其特征在于，步骤二中，将三个依次编号的IGBT器件分别放置于具有电磁干扰屏蔽功能和恒温调节功能的电磁屏蔽器A、B和C中，且分别摆在对应电磁屏蔽器的中心位置，三个IGBT器件输出线与IGBT低频噪声测试分析平台连接。
3.根据权利要求1所述的一种IGBT器件低频噪声可靠性评价方法，其特征在于，所述的数据采集卡为NI公司PCI板卡，型号为PCI－8516DAQ。
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|---|---|
| CN (1) | CN108614204A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110045193A (zh) * | 2019-03-06 | 2019-07-23 | 珠海博雅科技有限公司 | 一种浮栅器件电报噪声测量系统及测量方法 |
| CN110187251A (zh) * | 2019-06-06 | 2019-08-30 | 湘潭大学 | 一种采用频率噪声分析位移损伤缺陷能级的方法 |
| CN110389290A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-10-29 | 东莞豪泽电子科技有限公司 | 一种电子元器件噪声测试及寿命评估的系统及方法和装置 |
| CN110426619A (zh) * | 2019-08-08 | 2019-11-08 | 长春理工大学 | Igbt低频噪声检测装置 |
| CN111721401A (zh) * | 2020-06-17 | 2020-09-29 | 广州广电计量检测股份有限公司 | 一种低频噪声分析系统及方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102338846A (zh) * | 2010-07-22 | 2012-02-01 | 中国科学院微电子研究所 | 一种GaN基HEMT器件的可靠性评估方法 |
| CN104360178A (zh) * | 2014-10-30 | 2015-02-18 | 东北电力大学 | 一种逆变器低频噪声测量与故障诊断方法 |
-
2018
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102338846A (zh) * | 2010-07-22 | 2012-02-01 | 中国科学院微电子研究所 | 一种GaN基HEMT器件的可靠性评估方法 |
| CN104360178A (zh) * | 2014-10-30 | 2015-02-18 | 东北电力大学 | 一种逆变器低频噪声测量与故障诊断方法 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110045193A (zh) * | 2019-03-06 | 2019-07-23 | 珠海博雅科技有限公司 | 一种浮栅器件电报噪声测量系统及测量方法 |
| CN110187251A (zh) * | 2019-06-06 | 2019-08-30 | 湘潭大学 | 一种采用频率噪声分析位移损伤缺陷能级的方法 |
| CN110187251B (zh) * | 2019-06-06 | 2021-07-13 | 湘潭大学 | 一种采用频率噪声分析位移损伤缺陷能级的方法 |
| CN110389290A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-10-29 | 东莞豪泽电子科技有限公司 | 一种电子元器件噪声测试及寿命评估的系统及方法和装置 |
| CN110389290B (zh) * | 2019-07-31 | 2022-05-06 | 东莞豪泽电子科技有限公司 | 一种电子元器件噪声测试及寿命评估的系统及方法和装置 |
| CN110426619A (zh) * | 2019-08-08 | 2019-11-08 | 长春理工大学 | Igbt低频噪声检测装置 |
| CN111721401A (zh) * | 2020-06-17 | 2020-09-29 | 广州广电计量检测股份有限公司 | 一种低频噪声分析系统及方法 |
| CN111721401B (zh) * | 2020-06-17 | 2022-03-08 | 广州广电计量检测股份有限公司 | 一种低频噪声分析系统及方法 |
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