[发明专利]基于数值迭代的功率器件散热器动态响应性能优化方法

说明书

本发明提供的基于数值迭代的功率器件散热器动态响应性能优化方法，包括a.建立综合福斯特热网络模型，b.根据福斯特热网络模型的全响应和零输入响应，获取功率循环温度曲线；c.通过功率循环温度曲线，建立散热器数值化模型，并获取实物散热器的热网络参数；本发明可以优化散热器动态响应性能，提高加速老化试验中功率循环速率或减缓实际使用中结温波动幅度和速率，可以满足不同应用场合功率循环速率调节的要求，本发明可以有效的提高试验速率，应用于变流器外部热管理可有效降低结温波动。

技术领域

本发明涉及电子领域，尤其涉及一种基于数值迭代的功率器件散热器动态响应性能优化方法。

背景技术

I GBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，研究I GBT可靠性对提高变流器的可靠性有着至关重要的意义，理论上I GBT的设计寿命一般在30年以上，而在实际应用中I GBT需长时间处理大范围随机波动功率，造成I GBT结温长期大幅波动严重影响I GBT使用寿命，为探究I GBT模块的失效机理并建立其寿命预测模型，需要对I GBT模块实施加速老化试验，以便在较短时间内获得较大的样本数据。主动功率循环便是模拟实际应用工况对I GBT实施加速老化，通常主动功率循环系统的做法是对待测器件通一大电流进行加热一段时间后再冷却，如此反复循环冲击使DUT(被测器件)老化失效。在综合Foster热网络中由于I GBT内部时间常数远小于散热器时间常数，功率循环中结温达到稳态值(最高值/最低值)的时间受散热器进入热稳态的时间影响，I GBT最大结温也将受散热器进入稳态后的最高温度影响。对功率循环来说，加热过程是电热比拟RC网络的全响应，冷却过程是去掉外加激励RC网络的零输入响应，因此散热器综合热网络响应特性是影响综合Foster热网络动态响应特性的关键因素。现有散热器设计方法中，只能对散热器稳态热性能进行分析和设计，对于散热器的动态响应过程尤其在I GBT功率循环中的动态响应性能分析尚无有效的方法。

因此，亟需一种新的有效的优化方法，能够优化散热器动态响应性能以提高加速老化试验中功率循环速率或减缓实际使用中结温波动幅度和速率。以满足不同应用场合功率循环速率调节的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于数值迭代的功率器件散热器动态响应性能优化方法，以解决上述问题。

本发明提供的基于数值迭代的功率器件散热器动态响应性能优化方法，包括：

a.建立综合福斯特热网络模型，

b.根据福斯特热网络模型的全响应和零输入响应，获取功率循环温度曲线；

c.通过功率循环温度曲线，建立散热器数值化模型，并获取实物散热器的热网络参数。

进一步，步骤b中所述全响应在每个数值迭代步长内由外加阶跃激励产生，并通过温度系数反馈作用于外加阶跃激励，所述全响应和零输入响应根据电路响应行为经数值迭代计算获取。

进一步，所述步骤a包括根据预设的散热器参数，建立综合福斯特热网络模型，所述综合福斯特热网络模型由功率器件内部热网络和实物散热器等效热网络串联构成。

进一步，所述步骤b还包括，通过对所述功率循环温度曲线进行分析校验，验证预设的散热器参数。

进一步，还包括

步骤d.将所述预设散热器参数替换为根据散热器数值化模型获取的实物散热器的热网络参数。

步骤e.根据步骤d替换的参数重新获取功率循环温度曲线，并对其进行分析校验。

进一步，所述散热器数值化模型通过如下公式获取，