CN109342914B - Igbt结温监控方法、装置及计算机设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种IGBT结温监控方法、装置及计算机设备，其中，IGBT结温监控方法包括以下步骤：获取与待测IGBT器件的集电极电流对应的饱和导通压降；集电极电流为加热大电流或恒定小电流；基于结温和饱和导通压降拟合曲面，获取对应饱和导通压降的当前结温；在当前结温小于设定结温时，增大输入待测IGBT器件的集电极的加热大电流；在当前结温大于设定结温，且未到达预设加热工作时间时，减小输入待测IGBT器件的集电极的加热大电流；在当前结温大于设定结温，且到达预设加热工作时间时，向待测IGBT器件的集电极输入恒定小电流，并冷却待测IGBT器件。本发明实施例能够实现对待测IGBT器件结温的实时监控，提高了IGBT结温监控精度，以及提高了IGBT结温监控可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件测试技术领域，特别是涉及一种IGBT结温监控方法、装置及计算机设备。
背景技术
半导体器件的性能和寿命受温度影响很大，尤其是对于功率器件来说。功率器件在工作过程中受大功率影响，会产生大量的热量，引起器件温度的上升。IGBT是半导体功率器件的一种，在现代电力电子技术中有广泛运用。其应用特点要求IGBT不仅要经受外界环境温度的变化，还要在生命周期内能承受多次的功率循环。IGBT在开关状态工作时，通常承受着高电压和大电流，导致器件结温上升，如果超过最高结温限制，会影响模块的电学性能和工作寿命。结温是反映IGBT模块状态的一个重要参数，实现对IGBT结温的有效监测，可以实现IGBT的过温保护，以及降低器件失效的风险等。
在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统的IGBT结温监控精度低，监控可靠性低。
发明内容
基于此，有必要针对传统的IGBT结温监控精度低，监控可靠性低的问题，提供一种IGBT结温监控方法、装置及计算机设备。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种IGBT结温监控方法，包括以下步骤：
获取与待测IGBT器件的集电极电流对应的饱和导通压降；集电极电流为加热大电流或恒定小电流；
基于结温和饱和导通压降拟合曲面，获取对应饱和导通压降的当前结温；
在当前结温小于设定结温时，增大输入待测IGBT器件的集电极加热大电流；
在当前结温大于设定结温，且未到达预设加热工作时间时，减小输入待测IGBT器件的集电极的加热大电流；
在当前结温大于设定结温，且到达预设加热工作时间时，向待测IGBT器件的集电极输入恒定小电流，并冷却待测IGBT器件。
另一方面，本发明实施例还提供了一种IGBT结温监控装置，包括：
饱和导通压降获取单元，用于获取与待测IGBT器件的集电极电流对应的饱和导通压降；集电极电流为加热大电流或恒定小电流；
结温获取单元，用于基于结温和饱和导通压降拟合曲面，获取对应饱和导通压降的当前结温；
升温处理单元，用于在当前结温小于设定结温时，增大输入待测IGBT器件的集电极的加热大电流；
降温处理单元，用于在当前结温大于设定结温，且未到达预设加热工作时间时，减小输入待测IGBT器件的集电极的加热大电流；在当前结温大于设定结温，且到达预设加热工作时间时，向待测IGBT器件的集电极输入恒定小电流，并冷却待测IGBT器件。
另一方面，本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任意一项IGBT结温监控方法的步骤。
另一方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一项IGBT结温监控方法的步骤。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
将待测IGBT器件的饱和导通压降作为温敏参数，基于结温和饱和导通压降拟合曲面，在待测IGBT器件升温阶段，获取对应饱和导通压降的当前结温，通过适当改变集电极电流来控制结温，使当前结温稳定在设定的控制值。在待测IGBT器件降温阶段，获取对应饱和导通压降的当前结温，通过向待测IGBT器件的集电极施加恒定小电流并启动冷却模式来控制结温，使当前结温稳定在设定的控制值。本发明实施例能够实现对待测IGBT器件结温的实时监控，提高了IGBT结温监控精度，以及提高了IGBT结温监控可靠性。
附图说明
图1为一个实施例中IGBT结温监控方法的应用环境图；
图2为一个实施例中IGBT结温监控方法的第一流程示意图；
图3为一个实施例中IGBT结温监控方法的第二流程示意图；
图4为一个实施例中IGBT结温监控方法的第三流程示意图；
图5为一个实施例中失效循环次数处理步骤的流程示意图；
图6为一个实施例中IGBT寿命值获取步骤的流程示意图；
图7为一个实施例中结温、集电极电流和饱和导通压降的拟合曲面示意图；
图8为一个实施例中IGBT结温监控装置的结构示意图；
图9为一个实施例中计算机设备的结构示意图；
图10为一个实施例中计算机设备的数据采集界面示意图；
图11为一个实施例中计算机设备的结温监控界面示意图；
图12为一个实施例中计算机设备的结温监控流程示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
传统的IGBT结温监控过程中，对IGBT结温监测方法主要有：红外热探测法、物理测量法、RC热网络法和温敏参数法。其中，红外热探测法使用红外热成像仪对芯片进行监测，可较准确地获取IGBT的温度分布，但需要开封去除芯片表面包封模块后，将红外镜头聚焦到芯片表面，因而一方面会因开封破坏原有热平衡环境而导致结温偏移，另一方面因需要红外镜头聚焦而无法做到在试验过程中进行在线监测；物理测量法是利用热敏元件(如热电阻)进行接触式测量，监测精度受到热敏元件安装和使用方法的影响，且测量响应时间长，不能实时快速捕捉开关状态结温的瞬时变化信息；RC热网络法搭建电损耗模型和热网络模型来进行模拟，其局限性在于器件工作时的瞬态热阻、热容和功率损耗不易获取，模型的搭建也依赖于一些经验参数；温敏参数法是利用IGBT的某个温敏特性参数与结温之间的关系，通过监测这些温敏参数来获得结温。但温敏参数易受干扰且较难测量，且需要在大功率试验条件和小电流测试条件之间切换，切换过程会带来结温急剧降低和电子噪声等问题，测试精度较低，且属于非在线测量。
传统的IGBT结温监控过程中，对IGBT结温控制方法主要有：一种为热阻计算或壳温近似法，该方法误差较大，且无法解决试验过程中由于器件退化或者安装状态变化带来的热阻变化问题；另一种为开关式的结温测量法，该方法需要在大电流加热条件和小电流测试条件之间切换，测试延迟会使器件结温瞬间降低，影响对器件结温的正确判断，也可能会破坏试验本身需要的结温变化要求，IGBT结温监控的可靠性低。
而本发明各实施例中，能够通过将待测IGBT器件的饱和导通压降作为温敏参数，基于结温和饱和导通压降拟合曲面，在待测IGBT器件升温阶段，获取对应饱和导通压降的当前结温，通过适当改变集电极电流来控制结温，使当前结温稳定在设定的控制值。在待测IGBT器件降温阶段，获取对应饱和导通压降的当前结温，通过向待测IGBT器件的集电极施加恒定小电流并启动冷却模式来控制结温，使当前结温稳定在设定的控制值。本发明实施例能够实现对待测IGBT器件结温的实时监控，提高了IGBT结温监控精度，以及提高了IGBT结温监控可靠性。
本申请提供的IGBT结温监控方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，应用环境可以是IGBT器件的功率循环可靠性试验平台，计算机设备102与用于监控待测IGBT器件的IGBT结温监控平台连接。计算机设备可获取与待测IGBT器件的集电极电流对应的饱和导通压降；基于结温和饱和导通压降拟合曲面，获取对应饱和导通压降的当前结温；在当前结温小于设定结温时，增大向待测IGBT器件的集电极输入的加热大电流；在当前结温大于设定结温，且未到达预设加热工作时间时，减小输入待测IGBT器件的集电极的加热大电流；在当前结温大于设定结温，且到达预设加热工作时间时，向待测IGBT器件的集电极输入恒定小电流，并冷却待测IGBT器件。进而实现对待测IGBT器件结温的实时监控。其中，计算机设备102可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑和工控机；待测IGBT器件可装设在IGBT结温监控平台104上。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种IGBT结温监控方法，以该方法应用于图1中的计算机设备为例进行说明，包括以下步骤：
步骤S210，获取与待测IGBT器件的集电极电流对应的饱和导通压降；集电极电流为加热大电流或恒定小电流。
其中，饱和导通压降指的是在栅极电压驱动下，IGBT工作与饱和区，IGBT集电极与发射极之间的电压差。集电极电流指的是IGBT集电极的电流。加热大电流指的是待测IGBT器件工作时的加热电流；加热大电流的取值大小可根据待测IGBT器件的特性以及实际实验过程得到，例如，加热大电流的脉宽可以是几十秒。恒定小电流指的是电流值较小的恒定电流；恒定小电流的取值大小可根据待测IGBT器件的特性以及实际实验过程得到，例如，恒定小电流的取值范围可以是10mA(毫安)至100mA。
具体地，需要对待测IGBT器件结温监控试验时，驱动待测IGBT器件的栅极，且对待测IGBT器件输入集电极电流，进而获取与待测IGBT器件的集电极电流对应的饱和导通压降。例如，对待测IGBT器件的集电极输入加热大电流时，可获取对应脉冲大电流的饱和导通压降；对待测IGBT器件的集电极输入恒定小电流时，可获取对应恒定小电流的饱和导通压降。
步骤S220，基于结温和饱和导通压降拟合曲面，获取对应饱和导通压降的当前结温。
其中，结温和饱和导通压降拟合曲面可通过待测IGBT器件的结温和饱和导通压降的关系得到的。当前结温指的是待测IGBT器件当前的结温。
具体地，基于结温和饱和导通压降拟合曲面处理获取到的饱和导通压降，进而得到对应饱和导通压降的当前结温。
步骤S230，在当前结温小于设定结温时，增大输入待测IGBT器件的集电极的加热大电流。
其中，设定结温指的是预设的控制结温。
具体地，根据获取到的待测IGBT器件的当前结温，判断待测IGBT器件的当前结温是否超出预设值。在当前结温小于设定结温时，可向待测IGBT器件的集电极增大输入加热大电流，使得待测IGBT器件的结温上升。
进一步的，向待测IGBT器件的集电极输入加热大电流后，若待测IGBT器件的当前结温还未到达设定结温，则可调整(增大)脉冲大电流的大小，使得待测IGBT器件的结温继续上升，直至当前结温达到设定结温，实现待测IGBT器件升温阶段的监控。
步骤S240，在当前结温大于设定结温，且未到达预设加热工作时间时，减小输入待测IGBT器件的集电极的加热大电流。
具体地，根据获取到的待测IGBT器件的当前结温，判断待测IGBT器件的当前结温是否超出预设值。在当前结温大于设定结温时，可触发对应预设加热工作时间的计时器，在未到达预设加热工作时间时，减小输入待测IGBT器件的集电极的加热大电流，使得待测IGBT器件的结温下降。
步骤S250，在当前结温大于设定结温，且到达预设加热工作时间时，向待测IGBT器件的集电极输入恒定小电流，并冷却待测IGBT器件。
具体地，根据获取到的待测IGBT器件的当前结温，判断待测IGBT器件的当前结温是否超出预设值。在当前结温大于设定结温时，且到达预设加热工作时间时，可向待测IGBT器件的集电极输入恒定小电流，并冷却待测IGBT器件，使得待测IGBT器件的结温下降。
进一步的，向待测IGBT器件的集电极输入恒定小电流，并冷却待测IGBT器件后，若待测IGBT器件的当前结温还未到达设定结温，则继续冷却待测IGBT器件，使得待测IGBT器件的结温继续下降，直至当前结温达到设定结温，实现待测IGBT器件降温阶段的监控。
在一个具体的实施例中，步骤S220之后包括步骤：
在当前结温等于预设结温时，保持输入待测IGBT器件的集电极电流，以使当前结温保持预设结温保持时间。
具体地，根据获取到的待测IGBT器件的当前结温，判断待测IGBT器件的当前结温是否等于预设值。在当前结温等于设定结温时，判断是否达到预设的结温保持时间，在未到达预设结温保持时间时，保持输入待测IGBT器件的集电极电流，以使当前结温保持预设结温保持时间。
基于本实施例，将待测IGBT器件的饱和导通压降作为温敏参数，基于结温和饱和导通压降拟合曲面，在待测IGBT器件升温阶段，获取对应饱和导通压降的当前结温，通过适当改变集电极电流来控制结温，使当前结温稳定在设定的控制值。在待测IGBT器件降温阶段，获取对应饱和导通压降的当前结温，通过向待测IGBT器件的集电极施加恒定小电流并启动冷却模式来控制结温，使当前结温稳定在设定的控制值。进而能够实现对待测IGBT器件结温的实时监控，提高了IGBT结温监控精度，以及提高了IGBT结温监控可靠性。
在一个实施例中，如图3所示，提供了一种IGBT结温监控方法，以该方法应用于图1中的计算机设备为例进行说明，包括以下步骤：
步骤S310，对设定测试温度的待测IGBT器件施加恒定小电流，获取对应测试结温及恒定小电流的测试饱和导通压降。
其中，测试温度指的是预先设定的温度，例如，将待测IGBT器件在设定的测试温度环境下保持一段时间(例如30分钟)后，可将设定的测试温度作为待测IGBT器件的结温。在设定的测试结温下，对待测IGBT器件输入恒定小电流，进而可获取到对应的测试饱和导通压降。
具体地，将待测IGBT器件放置在设定的测试温度环境下，对设定测试温度的待测IGBT器件施加恒定小电流，进而可获取对应测试结温及恒定小电流的测试饱和导通压降。
步骤S320，对测试结温、恒定小电流和测试饱和导通压降进行拟合，得到在恒定小电流下的结温和饱和导通压降拟合曲面。
具体地，对测试结温、恒定小电流和测试饱和导通压降进行拟合处理，进而得到在恒定小电流下的结温和饱和导通压降拟合曲面。
步骤S330，获取与待测IGBT器件的恒定小电流对应的饱和导通压降。
步骤S340，基于在恒定小电流下的结温和饱和导通压降拟合曲面，获取对应饱和导通压降的当前结温。
步骤S350，在当前结温大于设定结温，且未到达预设加热工作时间时，减小输入待测IGBT器件的集电极的加热大电流；在当前结温大于设定结温，且到达预设加热工作时间时，向待测IGBT器件的集电极输入恒定小电流，并冷却待测IGBT器件。
其中，上述步骤S330、步骤S340和步骤S350的具体内容过程可参考上文内容，此处不再赘述。
具体地，将待测IGBT器件放置在设定的测试温度环境下。驱动待测IGBT器件的栅极，例如向待测IGBT器件施加栅极电压，使得待测IGBT器件充分导通。向待测IGBT器件集电极施加恒定小电流，采集待测IGBT器件的集电极与发射极之间的测试饱和导通压降，进而获取到对应测试结温及恒定小电流的测试饱和导通压降。对测试结温、恒定小电流和测试饱和导通压降进行拟合处理，进而得到在恒定小电流下的结温和饱和导通压降拟合曲面。在需要对待测IGBT器件进行降温处理时，即可根据在恒定小电流下的结温和饱和导通压降拟合曲面，获取对应饱和导通压降的当前结温；根据当前结温对待测IGBT器件进行冷却，实现对待测IGBT器件在降温阶段的监控。
进一步的，可设定初始的测试温度X，在该温度稳定停留预设时间后，将待测IGBT器件的结温确认为设定的测试温度。设定输入集电极的恒定小电流，采集并记录在该测试温度时对应恒定小电流下的测试饱和导通压降。设定测试温度的间隔为Y，依次在(X+NY)(N为整数)温度下采集测试饱和导通压降。通过拟合测试结温、恒定小电流和测试饱和导通压降，进而可构建得到在恒定小电流下的结温和饱和导通压降拟合曲面。
基于本实施例，基于结温和饱和导通压降拟合曲面，在待测IGBT器件降温阶段，获取对应饱和导通压降的当前结温，通过向待测IGBT器件的集电极施加恒定小电流并启动冷却模式来控制结温，使当前结温稳定在设定的控制值。进而能够实现对待测IGBT器件结温的实时监控，在提高IGBT结温测试效率，同时提高了IGBT结温测试精度，以及提高了IGBT结温监控可靠性。
在一个实施例中，如图4所示，提供了一种IGBT结温监控方法，以该方法应用于图1中的计算机设备为例进行说明，包括以下步骤：
步骤S410，对设定测试温度的待测IGBT器件施加脉冲大电流，获取对应测试结温及脉冲大电流的测试饱和导通压降；脉冲大电流为不引起待测IGBT器件自热温升的电流。
其中，脉冲大电流可用来标定拟合曲面，脉冲大电流的脉宽可以是几毫秒。在设定的测试结温下，对待测IGBT器件输入脉冲大电流，进而可获取到对应的测试饱和导通压降。
具体地，将待测IGBT器件放置在设定的测试温度环境下，对设定测试温度的待测IGBT器件施加脉冲大电流，进而可获取对应测试结温及脉冲大电流的测试饱和导通压降。
步骤S420，对测试结温、脉冲大电流和测试饱和导通压降进行拟合，得到在脉冲大电流下的结温和饱和导通压降拟合曲面。
具体地，对测试结温、脉冲大电流和测试饱和导通压降进行拟合处理，进而得到在脉冲大电流下的结温和饱和导通压降拟合曲面。
步骤S430，获取与待测IGBT器件的加热大电流对应的饱和导通压降。
步骤S440，基于在脉冲大电流下的结温和饱和导通压降拟合曲面，获取对应饱和导通压降的当前结温。
步骤S450，在当前结温小于设定结温时，增大输入待测IGBT器件的集电极的加热大电流。
其中，上述步骤S430、步骤S440和步骤S450的具体内容过程可参考上文内容，此处不再赘述。
具体地，将待测IGBT器件放置在设定的测试温度环境下。驱动待测IGBT器件的栅极，例如向待测IGBT器件施加栅极电压，使得待测IGBT器件充分导通。向待测IGBT器件集电极施加脉冲大电流，采集待测IGBT器件的集电极与发射极之间的测试饱和导通压降，进而获取到对应测试结温及脉冲大电流的测试饱和导通压降。对测试结温、脉冲大电流和测试饱和导通压降进行拟合处理，进而得到在脉冲大电流下的结温和饱和导通压降拟合曲面。在需要对待测IGBT器件进行降温处理时，即可根据在脉冲大电流下的结温和饱和导通压降拟合曲面，获取对应饱和导通压降的当前结温；根据当前结温调整输入待测IGBT器件的加热大电流，使得待测IGBT器件的结温上升，实现对待测IGBT器件在升温阶段的监控。
进一步的，可设定初始的测试温度A，在该温度稳定停留预设时间后，将待测IGBT器件的结温确认为设定的测试温度。设定输入集电极的脉冲大电流，采集并记录在该测试温度时对应脉冲大电流下的测试饱和导通压降。设定测试温度的间隔为B，依次在(A+NB)(N为整数)温度下采集测试饱和导通压降。通过拟合测试结温、脉冲大电流和测试饱和导通压降，进而可构建得到在脉冲大电流下的结温和饱和导通压降拟合曲面。
在一个具体的实施例中，对设定测试温度的待测IGBT器件施加脉冲大电流的步骤之前包括：
监测待测IGBT器件在脉冲大电流的不同脉冲宽度下的器件壳温；
将对应器件壳温在自热温升范围内的脉冲宽度，确认为脉冲大电流的最优脉冲宽度。
其中，脉冲宽度指的是脉冲大电流的随时间有规律变化的时间宽度。器件壳温指的是待测IGBT器件表面的温度。自热温升指的是待测IGBT器件自发热引起的温度变化。
具体地，为了使得输入待测IGBT器件的脉冲大电流，不引起待测IGBT器件明显的自热温升现象。通常需要对脉冲大电流的脉冲宽度进行优化，确保引起的自热温升在允许的范围。通过监测待测IGBT器件在脉冲大电流的不同脉冲宽度下的器件壳温；将对应器件壳温在自热温升范围内的脉冲宽度，确认为脉冲大电流的最优脉冲宽度，进而可得到脉冲大电流的最优脉冲宽度。
进一步的，确定不引起明显自热温升的脉冲大电流的脉冲宽度，该脉冲宽度极值应足够小，确保引起的自热温升在允许范围内(如自热温升小于1度)；为了不带来明显电子噪声干扰，且避免因IGBT导通时间短而导致捕捉的饱和压降波形欠佳而引起测量误差，该脉冲宽度极值应足够大。向待测IGBT器件施加脉冲大电流，监测同一电流值不同脉宽下的待测IGBT器件表面自热温升情况，从而确定在允许温升范围内的最优脉冲宽度，并将该最优脉冲宽度作为获取饱和导通压降时，相应脉冲大电流的脉冲宽度。
基于本实施例，基于结温和饱和导通压降拟合曲面，在待测IGBT器件升温阶段，获取对应饱和导通压降的当前结温，通过向待测IGBT器件的集电极施加脉冲大电流来控制结温，使当前结温稳定在设定的控制值。进而能够实现对待测IGBT器件结温的实时监控，在提高IGBT结温测试效率，同时提高了IGBT结温测试精度，以及提高了IGBT结温监控可靠性。
在一个实施例中，如图5所示，提供了一种IGBT结温监控方法，以该方法应用于图1中的计算机设备为例进行说明，其中，失效循环次数处理步骤包括步骤：
步骤S510，获取待测IGBT器件的器件壳温；
步骤S520，基于热阻计算公式处理器件壳温、当前结温、集电极电流和饱和导通压降，得到待测IGBT器件的热阻值；
步骤S530，基于最小二乘法对热阻值和预设的功率循环次数进行拟合，得到热阻和功率循环次数拟合曲线；
步骤S540，根据热阻和功率循环次数拟合曲线处理待测IGBT器件的失效热阻，得到待测IGBT器件的失效循环次数；失效热阻为热阻值增加预设增值得到。
其中，热阻值指的是当有热量在待测IGBT器件上传输时，在待测IGBT器件两端温度差与热源的功率之间的比值。功率循环次数指的是预设的待测IGBT器件的功率循环次数。
具体地，设定不同的功率循环次数(如1000次、2000次或3000次等)，获取待测IGBT器件的器件壳温(例如通过热电偶获取器件壳温)，根据热阻计算公式处理器件壳温、当前结温、集电极电流和饱和导通压降，得出不同循环次数下的待测IGBT器件的热阻值。基于最小二乘法拟合热阻值与功率循环次数之间的曲线关系，得到热阻和功率循环次数拟合曲线。拟定热阻值增加20％为失效热阻，则可根据热阻和功率循环次数拟合曲线，待测IGBT器件的失效热阻，得到待测IGBT器件的失效循环次数，提高了对待测IGBT器件进行功率循环试验的效率。
在一个具体的实施例中，基于热阻计算公式处理器件壳温、当前结温、集电极电流和饱和导通压降，得到待测IGBT器件的热阻值的步骤中；
基于以下热阻计算公式，得到热阻值：
Rjc为热阻值，Tj为当前结温，Tc为器件壳温，Ic为集电极电流，VCEsat为饱和导通压降。
在一个实施例中，如图6所示，提供了一种IGBT结温监控方法，以该方法应用于图1中的计算机设备为例进行说明，其中，IGBT寿命值获取步骤包括步骤：
步骤S610，获取多个待测IGBT器件的失效循环次数；
步骤S620，基于分布函数，对多个待测IGBT器件的失效循环次数分别进行分布假设校验；分布函数为威布尔分布、指数分布或对数正态分布
步骤S630，根据校验结果，选取满足最优拟合优度的分布函数对多个待测IGBT器件的失效循环次数分别进行处理，得到寿命与可靠度分布曲线；
步骤S640，根据寿命与可靠度分布曲线，得到待测IGBT器件的寿命值。
具体地，基于多个待测IGBT器件的热阻和功率循环次数拟合曲线，进而可获取多个待测IGBT器件的失效循环次数。假设IGBT器件寿命服从威布尔、指数分布或者对数正态分布，将n个伪失效寿命数据进行分布假设检验，在完成分布假设检验的基础上，按照具有最优拟合优度的分布函数构建伪失效寿命数据的寿命分布函数，得到可靠度分布曲线。进而基于寿命与可靠度分布曲线，则可得到待测IGBT器件的寿命值，实现待测IGBT器件寿命的预测。
基于本实施例，通过计算待测IGBT器件的失效循环次数，进而可在不需要长期进行试验直到失效的情况下，快速获得待测IGBT器件的间歇寿命或者稳态寿命。以试验过程中的热阻退化为失效判据，结合可靠性数学方法，实现IGBT寿命预测。热阻值计算通过在功率循环试验过程中实现，避免了器件及设备的反复拆卸，通过可靠性数学方法的处理使得的寿命预测更加接近试验样本的真实寿命分布，也避免长时间的功率循环试验，节约时间和资源成本。
在一个实施例中，提供了一种IGBT结温监控方法，以该方法应用于图1中的计算机设备为例进行说明，其中，对待测IGBT器件结温的具体监控过程为：
1、确定待测IGBT器件不引起明显自热温升的脉冲大电流的最优脉冲宽度。
2、构建脉冲大电流下的结温和饱和导通压降拟合曲面(如图7所示)。将IGBT置于温控箱、干式恒温平台或者湿式油浴控温装置等温控设备中，设定初始的测试温度为X，在该测试温度稳定停留30分钟或以上，确认待测IGBT器件结温与温控设备设定的传测试温度一致，设定待测IGBT器件栅极的触发信号和输入集电极的脉冲大电流，采集该测试温度时对应脉冲大电流下的饱和导通压降。设定温度间隔为Y，依次在(X+NY)(N为整数)温度下采集饱和导通压降。重复上述步骤2，可构建不同脉冲大电流下的结温和饱和导通压降拟合曲面。
3、构建恒定小电流下的结温和饱和导通压降拟合曲面(如图7所示)。将IGBT置于温控箱、干式恒温平台或者湿式油浴控温装置等温控设备中，设定初始的测试温度为X，在该测试温度稳定停留30分钟或以上，确认待测IGBT器件结温与温控设备设定的传测试温度一致，设定待测IGBT器件栅极的触发信号和输入集电极的恒定小电流，采集该测试温度时对应恒定小电流下的饱和导通压降。设定温度间隔为Y，依次在(X+NY)(N为整数)温度下采集饱和导通压降。重复上述步骤3，可构建不同恒定小电流下的结温和饱和导通压降拟合曲面。
4、根据采集得到的测试温度、测试饱和导通压降与集电极电流(脉冲大电流和恒定小电流)的数据信息，采用Matlab程序进行数据差值和拟合，获得三者之间的函数关系曲面，从而可得到任意集电极电流下的饱和导通压降和饱和导通压降对应的结温。
5、待测IGBT器件升温阶段。设定结温控制值，待测IGBT器件输入集电极电流(此时为脉冲大电流)，监测饱和导通压降值，调用脉冲大电流下的结温和饱和导通压降拟合曲面，获取对应的当前结温；若获取到的当前结温未达到结温控制值，则调整集电极电流的大小，直至当前结温达到结温控制值。
6、待测IGBT器件降温阶段。设定结温控制值，待测IGBT器件输入集电极电流(此时为恒定小电流)，并启动冷却设备降低待测IGBT器件的结温，监测饱和导通压降值，调用恒定小电流下的结温和饱和导通压降拟合曲面，获取对应的当前结温；若当获取到的前结温未达到结温控制值，调整水冷机设置，继续对待测IGBT器件降温，直至当前结温达到结温控制值。
基于本实施例，直接采用待测IGBT器件的饱和导通压降作为温敏参数，避免了可靠性试验过程中工作大电流与测试小电流切换带来的测试延迟和电子噪声干扰等问题。同时，待测IGBT器件结温控制过程的执行可依靠程序执行，提高了结温监控效率以及结温监控精确度。在待测IGBT器件升温监控阶段，直接利用脉冲大电流下下的结温和饱和导通压降拟合曲面，实时监测待测IGBT器件的当前结温，相比传统的采用关断大电流之后通小电流测定结温的方法，获取到的当前结温可靠性更高以及更加接近真实值；在待测IGBT器件将温监控阶段，由于输入集电极的脉冲大电流关断，采用恒定小电流下的结温与饱和导通压降拟合曲面来监测降温过程中的结温，对结温测试精度不存在影响，使结温的变化更加符合功率循环试验的预期要求，有效地避免结温变化达不到预期要求(即欠试验)或者结温变化超出预期要求(即过试验)。
应该理解的是，虽然图2至图6的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2至图6中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图8所示，提供一种IGBT结温监控装置，该装置包括：
饱和导通压降获取单元810，用于获取与待测IGBT器件的集电极电流对应的饱和导通压降；集电极电流为加热大电流或恒定小电流；
结温获取单元820，用于基于结温和饱和导通压降拟合曲面，获取对应饱和导通压降的当前结温；
升温处理单元830，用于在当前结温小于设定结温时，增大输入待测IGBT器件的集电极的加热大电流；
降温处理单元840，用于在当前结温大于设定结温，且未到达预设加热工作时间时，减小输入待测IGBT器件的集电极的加热大电流；在当前结温大于设定结温，且到达预设加热工作时间时，向待测IGBT器件的集电极输入恒定小电流，并冷却待测IGBT器件。
关于IGBT结温监控装置的具体限定可以参见上文中对于IGBT结温监控方法的限定，在此不再赘述。上述IGBT结温监控装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于定位设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，如图9所示，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序。
处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
获取与待测IGBT器件的集电极电流对应的饱和导通压降；集电极电流为加热大电流或恒定小电流；
基于结温和饱和导通压降拟合曲面，获取对应饱和导通压降的当前结温；
在当前结温小于设定结温时，增大输入待测IGBT器件的集电极的加热大电流；
在当前结温大于设定结温时，在当前结温大于设定结温，且未到达预设加热工作时间时，减小输入待测IGBT器件的集电极的加热大电流；在当前结温大于设定结温，且到达预设加热工作时间时，向待测IGBT器件的集电极输入恒定小电流，并冷却待测IGBT器件。
处理器执行计算机程序时还可实现以下步骤：
对设定测试温度的待测IGBT器件施加恒定小电流，获取对应测试结温及恒定小电流的测试饱和导通压降；
对测试结温、恒定小电流和测试饱和导通压降进行拟合，得到在恒定小电流下的结温和饱和导通压降拟合曲面。
处理器执行计算机程序时还可实现以下步骤：
对设定测试温度的待测IGBT器件施加脉冲大电流，获取对应测试结温及脉冲大电流的测试饱和导通压降；
对测试结温、脉冲大电流和测试饱和导通压降进行拟合，得到在脉冲大电流下的结温和饱和导通压降拟合曲面。
处理器执行计算机程序时还可实现以下步骤：
获取多个待测IGBT器件的失效循环次数；
基于分布函数，对多个待测IGBT器件的失效循环次数分别进行分布假设校验；分布函数为威布尔分布、指数分布或对数正态分布；
根据校验结果，选取满足最优拟合优度的分布函数对多个待测IGBT器件的失效循环次数分别进行处理，得到寿命与可靠度分布曲线；
根据寿命与可靠度分布曲线，得到待测IGBT器件的寿命值。
在一个具体的实施例中，提供了一种计算机设备，其中，如图10所示，为计算机设备的数据采集界面示意图。数据采集的程序执行具体过程为：
依次在界面选择栅极电压、集射极电压、起始电流、最大电流、电流步长、脉冲周期、脉冲宽度、延时间隔和温度(即测试温度)；其中，最大电流和温度均不能超出预设中的规定值，设定温控设备的测试温度与选择的程序界面温度一致，在该温度点停留30分钟或以上。程序开始工作，计算机设备输出设定的相关信号，采集和记录不同电流下的饱和导通压降，将获取到的数据记录及实时数据绘图在程序界面中显示。若数据点异常可及时发现，此时需要排查导线连接或者器件是否正常，排除完毕之后重新开始测量；测试完成后，在程序界面选择下一个温度测试点，同时调节温控设备的温度值，进行重复测试。所有温度点测试完成之后，点击“转成Excel”，数据转成容易处理的Excel表格。
数据采集完毕后，选择Excel中的数据，在origin中进行数据绘图，观察饱和压降、集电极电流与结温之间的变化关系，绘图显示，集电极电流较小时，同一电流下饱和压降随结温升高而减小；集电极电流较大时，同一电流下饱和压降与结温的变化关系正好相反；存在一个集电极电流区间，此区间内饱和压降几乎不随结温变化而变化。根据饱和导通压降、结温和集电极电流之间的关系，拟合得到集电极电流下的结温和饱和导通压降拟合曲面。
在一个具体的实施例中，提供了一种计算机设备，其中，如图11所示，为计算机设备的结温监控界面示意图。结温监控的程序执行具体过程为：
驱动待测IGBT器件栅极，使待测IGBT器件饱和导通；向待测IGBT器件输入集电极电流，将IGBT的集电极和发射极作为饱和导通压降采集的两个测量端；待测IGBT器件与冷却设备充分接触，用于降低待测IGBT器件的结温。
具体地，待测IGBT器件的结温控制流程如图12所示，首先输入待测IGBT器件对应的脉冲大电流下的结温和饱和导通压降拟合曲面，以及恒定小电流下的结温与饱和导通压降拟合曲面，程序调用拟合曲面可根据集电极电流和饱和导通压降，得到相应的结温；同时依次输入结温控制值(最高控制值和最低控制值)、偏置电压、脉冲大电流和恒定小电流，点击“启动”进行加电，实时显示当前结温。若未达到设置的结温控制值，实时调整集电极电流使结温稳定在设定的控制值。结温保持一段时间后，关断脉冲大电流，切换输出设定的恒定小电流，开启水冷机降温，通过调用恒定小电流下的结温与饱和导通压降拟合曲面，显示降温过程中的当前结温。改变水冷机的设置来使结温稳定在设定的结温控制值，进而实现结温的精确控制，完成待测IGBT器件结温的一次高低循环。由于待测IGBT器件会随着结温的高低循环而退化，为了提高结温监控的精度，在进行一定次数循环之后需要校正结温、饱和压降与集电极电流之间的关系，即可重新通过控制数据采集界面采集数据并拟合曲面，从而更新软件中的曲线关系。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取与待测IGBT器件的集电极电流对应的饱和导通压降；集电极电流为加热大电流或恒定小电流；
基于结温和饱和导通压降拟合曲面，获取对应饱和导通压降的当前结温；
在当前结温小于设定结温时，增大输入待测IGBT器件的集电极的加热大电流；
在当前结温大于设定结温时，在当前结温大于设定结温，且未到达预设加热工作时间时，减小输入待测IGBT器件的集电极的加热大电流；在当前结温大于设定结温，且到达预设加热工作时间时，向待测IGBT器件的集电极输入恒定小电流，并冷却待测IGBT器件。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各除法运算方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种IGBT结温监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取与待测IGBT器件的集电极电流对应的饱和导通压降；所述集电极电流为加热大电流或恒定小电流；所述加热大电流的取值大小为根据所述待测IGBT器件的特性以及实际实验过程得到；
基于结温和饱和导通压降拟合曲面，获取对应所述饱和导通压降的当前结温；
在所述当前结温小于设定结温时，增大输入所述待测IGBT器件的集电极的所述加热大电流；
在所述当前结温大于所述设定结温，且未到达预设加热工作时间时，减小输入所述待测IGBT器件的集电极的所述加热大电流；
在所述当前结温大于所述设定结温，且到达所述预设加热工作时间时，向所述待测IGBT器件的集电极输入所述恒定小电流，并冷却所述待测IGBT器件；
在所述当前结温等于所述设定结温时，保持输入所述待测IGBT器件的所述集电极电流，以使所述当前结温保持预设结温保持时间。
2.根据权利要求1所述的IGBT结温监控方法，其特征在于，基于结温和饱和导通压降拟合曲面，获取对应所述饱和导通压降的当前结温的步骤之前包括步骤：
对设定测试结温的所述待测IGBT器件施加所述恒定小电流，获取对应所述测试结温及所述恒定小电流的测试饱和导通压降；
对所述测试结温、所述恒定小电流和所述测试饱和导通压降进行拟合，得到在所述恒定小电流下的所述结温和饱和导通压降拟合曲面。
3.根据权利要求1所述的IGBT结温监控方法，其特征在于，基于结温和饱和导通压降拟合曲面，获取对应所述饱和导通压降的当前结温的步骤之前还包括步骤：
对设定测试结温的所述待测IGBT器件施加脉冲大电流，获取对应所述测试结温及所述脉冲大电流的测试饱和导通压降；所述脉冲大电流为不引起所述待测IGBT器件自热温升的电流；
对所述测试结温、所述脉冲大电流和所述测试饱和导通压降进行拟合，得到在所述脉冲大电流下的所述结温和饱和导通压降拟合曲面。
4.根据权利要求3所述的IGBT结温监控方法，其特征在于，对设定测试结温的所述待测IGBT器件施加脉冲大电流的步骤之前包括：
监测所述待测IGBT器件、在所述脉冲大电流的不同脉冲宽度下的器件壳温；
将对应所述器件壳温在自热温升范围内的脉冲宽度，确认为所述脉冲大电流的最优脉冲宽度。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的IGBT结温监控方法，其特征在于，还包括步骤：
获取所述待测IGBT器件的器件壳温；
基于热阻计算公式处理所述器件壳温、所述当前结温、所述集电极电流和所述饱和导通压降，得到所述待测IGBT器件的热阻值；
基于最小二乘法对所述热阻值和预设的功率循环次数进行拟合，得到热阻和功率循环次数拟合曲线；
根据所述热阻和功率循环次数拟合曲线处理所述待测IGBT器件的失效热阻，得到所述待测IGBT器件的失效循环次数；所述失效热阻为所述热阻值增加预设增值得到。
6.根据权利要求5所述的IGBT结温监控方法，其特征在于，基于热阻计算公式处理所述器件壳温、所述当前结温、所述集电极电流和所述饱和导通压降，得到所述待测IGBT器件的热阻值的步骤中；
基于以下热阻计算公式，得到所述热阻值：
7.根据权利要求6所述的IGBT结温监控方法，其特征在于，所述根据所述热阻和功率循环次数拟合曲线处理所述待测IGBT器件的失效热阻，得到所述待测IGBT器件的失效循环次数的步骤之后包括：
获取多个所述待测IGBT器件的失效循环次数；
基于分布函数，对多个所述待测IGBT器件的失效循环次数分别进行分布假设校验；所述分布函数为威布尔分布、指数分布或对数正态分布；
根据校验结果，选取满足最优拟合优度的分布函数对多个所述待测IGBT器件的失效循环次数分别进行处理，得到寿命与可靠度分布曲线；
根据所述寿命与可靠度分布曲线，得到所述待测IGBT器件的寿命值。
8.一种IGBT结温监控装置，其特征在于，包括：
饱和导通压降获取单元，用于获取与待测IGBT器件的集电极电流对应的饱和导通压降；所述集电极电流为加热大电流或恒定小电流；所述加热大电流的取值大小为根据所述待测IGBT器件的特性以及实际实验过程得到；
结温获取单元，用于基于结温和饱和导通压降拟合曲面，获取对应所述饱和导通压降的当前结温；
升温处理单元，用于在所述当前结温小于设定结温时，增大输入所述待测IGBT器件的集电极的所述加热大电流；
降温处理单元，用于在所述当前结温大于所述设定结温，且未到达预设加热工作时间时，减小输入所述待测IGBT器件的集电极的所述加热大电流；在所述当前结温大于所述设定结温，且到达所述预设加热工作时间时，向所述待测IGBT器件的集电极输入所述恒定小电流，并冷却所述待测IGBT器件。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任意一项所述IGBT结温监控方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述IGBT结温监控方法的步骤。
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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