一种基于跨导温度解耦的IGBT器件老化行为建模方法

本发明涉及igbt器件老化分析，具体而言，涉及一种基于跨导温度解耦的igbt器件老化行为建模方法。

背景技术：

1、igbt器件老化是指其在长期循环热和机械应力作用下，内部发生键合线脱落或开裂、焊料层疲劳退化以及栅极氧化层电荷陷阱捕获等现象，进而导致电气参数漂移、开关特性恶化及功率损耗增加的过程。现有技术中通常利用igbt器件老化行为模型的构建，来模拟健康状态下igbt器件在理想工况下的静态与动态特性，为电力电子系统设计提供基础的器件行为仿真支撑。

2、然而，现有igbt器件老化行为模型大多基于初始健康状态构建，参数固定，无法有效表征长期循环热和机械耦合应力引发的igbt器件性能老化演变规律，难以支撑电力电子变换器全生命周期可靠性评估及高性能系统设计。同时，现有仅考虑热学层面或电参数层面表征的单一维度老化模型，无法精准提取老化引发的参数变化，导致igbt器件老化行为模型可信度不足。

3、基于此，本技术提出一种基于跨导温度解耦的igbt器件老化行为建模方法。

技术实现思路

1、本发明旨在克服现有igbt器件老化行为模型大多基于初始健康状态构建，参数固定，无法有效表征长期循环热和机械耦合应力引发的igbt器件性能老化演变规律，同时，现有仅考虑热学层面或电参数层面表征的单一维度老化模型，无法精准提取老化引发的参数变化，导致igbt器件老化行为模型可信度不足的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种基于跨导温度解耦的igbt器件老化行为建模方法，应用于测试电路，测试电路包括测试器件，测试器件的集电极连接第一直流电源，栅极连接第二直流电源，发射极接地；

3、igbt器件老化行为建模方法包括：

4、根据预设温度阈值范围将测试器件分别加热至其内的每个预设温度阈值并在维持预定时间后获取测试器件的结温；

5、在每个结温下，基于第一直流电源控制测试器件稳定于预设集射电压，并通过第二直流电源在预设步进范围内向测试器件供电，以在测试器件的集电极电流达到预设参考电流时，记录与每个结温相对应的栅射电压并定义为基准阈值电压；

6、对全部结温和对应的基准阈值电压进行线性拟合，以获取第一映射函数；

7、绘制每个结温下的全部集电极电流与全部栅射电压的第一特性曲线图，以基于预定驱动电压对应的斜率计算基准跨导，并对每个结温与对应的基准跨导进行线性拟合生成第二映射函数；

8、逐根剪断测试器件的键合线，并在每次剪断操作后，基于预设电压步进范围采集当前阈值电压并绘制第二特性曲线图，以获取当前跨导，并根据第一映射函数和第二映射函数获取与当前阈值电压对应的基准跨导；

9、基于每次剪断操作对应获取的当前跨导与基准跨导的差值确定跨导变化量，对全部跨导变化量和对应的剪断根数进行非线性拟合生成第三映射函数，并根据第一映射函数、第二映射函数和第三映射函数构建老化行为模型。

10、作为可选的是，所述根据预设温度阈值范围将测试器件分别加热至其内的每个预设温度阈值并在维持预定时间后获取测试器件的结温，具体包括：

11、采用加热台将测试器件分别加热至预设温度阈值范围内的每个预设温度阈值；

12、采用热电偶测量测试器件在每个预设温度阈值下维持预定时间后的内部芯片温度，以获取测试器件的结温。

13、作为可选的是，所述在每个结温下，基于第一直流电源控制测试器件稳定于预设集射电压，并通过第二直流电源在预设步进范围内向测试器件供电，以在测试器件的集电极电流达到预设参考电流时，记录与每个结温相对应的栅射电压并定义为基准阈值电压，具体包括：

14、在每个结温下，通过第一直流电源对测试器件供电，以控制测试器件的集射电压稳定于预设集射电压；

15、通过第二直流电源在预设步进范围内向测试器件供电，并通过电流探头对测试器件的集电极电流进行实时监测，以在测试器件的集电极电流达到预设参考电流时，记录示波器中通过电压探头所实时采集的测试器件的栅射电压并定义为基准阈值电压。

16、作为可选的是，所述对全部结温和对应的基准阈值电压进行线性拟合，以获取第一映射函数，具体包括：

17、基于全部结温和对应的基准阈值电压绘制第一关系曲线图；

18、采用最小二乘法结合第一关系曲线图对全部结温和对应的基准阈值电压进行线性拟合，以获取第一映射函数。

19、作为可选的是，所述采用最小二乘法结合第一关系曲线图对全部结温和对应的基准阈值电压进行线性拟合，以获取第一映射函数，具体包括：

20、采用最小二乘法结合第一关系曲线图对全部结温和对应的基准阈值电压进行线性拟合，以获取第一映射函数：

21、。

22、作为可选的是，所述绘制每个结温下的全部集电极电流与全部栅射电压的第一特性曲线图，以基于预定驱动电压对应的斜率计算基准跨导，并对每个结温与对应的基准跨导进行线性拟合生成第二映射函数，具体包括：

23、在每个结温下，基于在预设步进范围内所获取的全部集电极电流和全部栅射电压，绘制第一特性曲线图；

24、根据第一特性曲线图中的预定驱动电压对应的斜率，计算每个结温对应的基准跨导；

25、基于每个结温和其对应的基准跨导，绘制第二关系曲线图；

26、采用最小二乘法结合第二关系曲线图对每个结温和其对应的基准跨导进行线性拟合，以获取第二映射函数。

27、作为可选的是，所述采用最小二乘法结合第二关系曲线图对每个结温和其对应的基准跨导进行线性拟合，以获取第二映射函数，具体包括：

28、采用最小二乘法结合第二关系曲线图对每个结温和其对应的基准跨导进行线性拟合，以获取第二映射函数：

29、。

30、作为可选的是，所述逐根剪断测试器件的键合线，并在每次剪断操作后，基于预设电压步进范围采集当前阈值电压并绘制第二特性曲线图，以获取当前跨导，并根据第一映射函数和第二映射函数获取与当前阈值电压对应的基准跨导，具体包括：

31、逐根剪断测试器件的键合线，并在每次剪断操作后，通过第一直流电源对测试器件供电，以控制测试器件的集射电压稳定于预设集射电压；

32、通过第二直流电源在预设步进范围内向测试器件供电，并通过电流探头对测试器件的当前集电极电流进行实时监测，以在测试器件的当前集电极电流达到预设参考电流时，记录示波器中通过电压探头所实时采集的测试器件的当前栅射电压并定义为当前阈值电压；

33、基于在预设步进范围内所获取的全部当前集电极电流和全部当前栅射电压，绘制第二特性曲线图，根据第二特性曲线图中的预定驱动电压对应的斜率，计算当前跨导；

34、根据第一映射函数和第二映射函数获取与当前阈值电压对应的基准跨导。

35、作为可选的是，所述基于每次剪断操作对应获取的当前跨导与基准跨导的差值确定跨导变化量，对全部跨导变化量和对应的剪断根数进行非线性拟合生成第三映射函数，并根据第一映射函数、第二映射函数和第三映射函数构建老化行为模型，具体包括：

36、基于每次剪断操作对应获取的当前跨导与基准跨导的差值确定跨导变化量；

37、采用非线性拟合法对全部跨导变化量和对应的剪断根数进行非线性拟合，生成第三映射函数；

38、根据第一映射函数、第二映射函数和第三映射函数构建老化行为模型。

39、作为可选的是，所述采用非线性拟合法对全部跨导变化量和对应的剪断根数进行非线性拟合，生成第三映射函数，具体包括：

40、基于全部跨导变化量和对应的剪断根数，绘制关系折线图；

41、采用非线性拟合法结合关系折线图对全部跨导变化量和对应的剪断根数进行非线性拟合，生成第三映射函数：

42、。

43、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

44、本发明提出的基于跨导温度解耦的igbt器件老化行为建模方法，通过获取测试器件的结温，对全部结温和对应的基准阈值电压进行线性拟合，以获取第一映射函数，实现将焊料层老化引发的热阻变化转化为结温变量，传递至电学特性层面，突破传统模型仅针对健康状态建模、参数固定的局限；再通过构建每个结温下的集电极电流与基准阈值电压的第一特性曲线，以基于预定驱动电压对应的斜率计算基准跨导，并对每个结温与对应的基准跨导进行线性拟合生成第二映射函数，以建立健康状态下跨导与结温的映射关系，为后续分离温度与老化耦合影响提供基准；又通过逐根剪断测试器件的键合线，基于预设电压步进范围采集当前阈值电压并构建第二特性曲线，以获取当前跨导，并根据第一映射函数和第二映射函数获取与当前阈值电压对应的基准跨导，以实现跨导的温度解耦，精准提取仅由键合线老化引发的跨导变化量，避免单一维度模型的耦合干扰；还通过基于当前跨导与基准跨导的差值确定跨导变化量，对跨导变化量和剪断根数进行非线性拟合生成第三映射函数，并根据第一映射函数、第二映射函数和第三映射函数构建老化行为模型，从而建立老化机理与模型参数的动态关联，实现模型参数随老化状态自适应更新，精准表征igbt器件全生命周期内的性能演化规律，提升老化行为模型的可信度。

45、根据以上内容可知，采用本发明的技术方案能够有效地解决现有igbt器件老化行为模型大多基于初始健康状态构建，参数固定，无法有效表征长期循环热和机械耦合应力引发的igbt器件性能老化演变规律，同时，现有仅考虑热学层面或电参数层面表征的单一维度老化模型，无法精准提取老化引发的参数变化，导致igbt器件老化行为模型可信度不足的问题。

46、本发明的其他特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。