[发明专利]一种基于仿真建模和短时试验的IGBT间歇寿命试验方法

权利要求书

1.一种基于仿真建模和短时试验的IGBT间歇寿命试验方法，其特征在于：综合考虑散热条件、参数控制方法、功率大小、温度范围、安全工作区域和失效机理等因素，预选出若干套间歇寿命试验方案，通过进行短时的功率循环试验获得器件在单循环中的升降温时间，借助仿真方法得到器件失效前功率循环次数，预估各预选方案的实际功率循环试验时间，进而优选得到最佳的间歇寿命试验方案，该方法具体步骤如下：

步骤一：确定散热条件

步骤二：确定参数控制方法

步骤三：确定失效判据

步骤四：确定器件功率大小和结温控制范围

步骤五：安全工作区及最大允许结温分析

步骤六：实施短时试验

步骤七：仿真建模分析

步骤八：优选间歇寿命试验方案

根据步骤六短时试验测得的单循环时间乘以步骤七仿真得到的循环次数，预估功率循环试验时间，进而优选得到最佳的间歇寿命试验方案。

2.根据权利要求1所述的一种基于仿真建模和短时试验的IGBT间歇寿命试验方法，其特征在于：在步骤一所述的确定散热条件，包括散热器规格、环境散热条件等，其具体过程如下：

在散热器规格方面，热阻越小，散热性能越好，散热器的热阻除了与散热器材料有关之外，还与散热器的形状、尺寸大小以及安装方式有关，在进行IGBT间歇寿命试验之前需要对所选散热器进行短时升降温试验，确定特定条件下试验时间最短的散热器，IGBT间歇寿命试验是随着结被加热和冷却使壳温明显地升高和下降，在间歇寿命试验的散热片选取上尽量使用较小的散热器；

在环境散热条件方面，可在不加功率时间内采取强迫风冷，加快器件冷却速率，减少寿命循环时间。

3.根据权利要求1所述的一种基于仿真建模和短时试验的IGBT间歇寿命试验方法，其特征在于：在步骤二中所述的确定参数控制方法包括常数升降温时间、常数壳温、常数功率密度和常数结温四种方法，其具体过程如下：

常数升降温时间是在功率循环试验初始阶段将试验条件调整至所需参数，保持加热时间T_on和降温时间T_off为常数并重复循环进行试验，结温温差ΔT在试验初始阶段即定义，最高结温T_vj,max、最低结温T_vj,min和结温温差ΔT可能在试验期间变化；

常数壳温是控制散热片温度或器件壳温，因为器件和散热片之间的热传输在功率循环试验期间可能发生退化；

常数功率密度是保持功率密度P_V为常数，由于V_GE升高是导通压降V_CE上升的一个原因，这种试验方案避免了不同失效模式的相同加速效应；

常数结温是控制T_vj,max和T_vj,min为常数，通过减少t_on或I_load来控制最高结温和最低结温为常数，这种试验方法抑制了所有的退化效应，试验条件导致器件最长的寿命，进而导致其试验时间最长；

常数升降温时间方案最为严酷，但也与实际应用情况最接近，在IGBT间歇寿命试验的条件控制方案中建议优先选择该方案，其他试验方案可酌情选择。

4.根据权利要求1所述的一种基于仿真建模和短时试验的IGBT间歇寿命试验方法，其特征在于：在步骤三所述的确定失效判据是在间歇寿命试验中可根据试验条件适当选取被监测参数，可以监测热阻R_th或导通压降V_CE,on相对初始值的增加作为其失效判据。为了方便在线监测，选取导通压降V_CE,on为被监测参数，其相对于初始值增加5％～20％均可作为失效判据。综合考虑失效判据对间歇寿命试验时间的影响，以及试验中信号噪声或开关阶段的干扰，采取10％作为导通压降的失效判据。