[发明专利]一种IGBT模块状态评估与剩余寿命预测模型的构建方法

权利要求书

1.一种IGBT模块状态评估与剩余寿命预测模型的构建方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、通过试验测取不同老化程度下IGBT模块的电热参数；

步骤2、建立IGBT模块试验样本的平均结壳热阻变化率-平均功率循环次数的函数模型以及平均饱和压降变化率-平均功率循环次数的函数模型；

步骤3、根据上述函数模型对IGBT模块进行老化状态评估，以区间[0,1]上的一个实数表达IGBT的老化状态，得到状态评价结果；

步骤4、根据状态评估结果建立IGBT模块剩余寿命的计算模型；

所述步骤1的具体实现方法为：采用△T_c功率循环试验方法对IGBT模块进行完全寿命试验，在试验时，结壳热阻相对于初始值增加了20％且饱和压降相对于初始值增加了5％，当测得的IGBT模块的结壳热阻增大20％且饱和压降增大5％时停止试验；在功率循环过程中，每功率循环100次测取一次IGBT模块的结壳热阻以及不同结温和电流条件下的饱和压降；结壳热阻采用IGBT模块热阻测试仪进行测取；所述不同结温和电流条件下的饱和压降的测取方法为：将全新IGBT模块放入恒温箱，再以固定的间隔值设置恒温箱的温度，并在不同的设定温度条件下，当IGBT模块的壳温和结温达到热平衡后，给IGBT通以幅值以一定间隔值变化的单脉冲触发电流进行单脉冲测试，测取不同结温和集电极电流下IGBT的饱和压降并记录；根据△T_c功率循环试验得到不同功率循环次数下的结壳热阻和饱和压降，建立数据表待使用；

所述步骤2的具体实现方法包括以下步骤：

⑴建立平均结壳热阻变化率-平均功率循环次数的函数模型，方法如下：对多个IGBT模块进行△T_c功率循环试验，当各个IGBT模块的结壳热阻相对初始值超过20％时记录每个模块的最终寿命，并分别求取各个IGBT模块的最终寿命平均值和不同功率循环次数下的结壳热阻平均值；根据不同功率循环次数下IGBT的平均结壳热阻建立平均结壳热阻变化率-平均功率循环次数的函数模型；

⑵建立平均饱和压降变化率-平均功率循环次数的函数模型，方法如下：对多个IGBT模块进行△T_c功率循环试验，经过一定的功率循环次数后，对IGBT模块进行单脉冲测试试验来获得不同结温和电流条件下的饱和压降值，当各个IGBT模块的饱和压降相对初始值超过5％时记录每个模块的最终寿命并停止试验，此时IGBT的饱和压降相对初始值已经超过5％；再分别求取各个IGBT模块的最终寿命平均值和不同功率循环次数下的饱和压降平均值；根据不同功率循环次数下的IGBT的平均饱和压降可建立平均饱和压降变化率-平均功率循环次数的函数模型；

所述平均结壳热阻变化率的计算式如下：

所述平均饱和压降变化率的计算式如下：

其中，为平均结壳热阻变化率，为平均结壳热阻，R_th0为全新IGBT的热阻；

为平均饱和压降变化率，为平均饱和压降，V_ce0为全新IGBT的饱和压降；

所述步骤3的具体实现方法为：通过在线测量结壳热阻和饱和压降并结合上述模型得到当前有效工作生命周期数，从而得到IGBT老化状态评估结果；

所述步骤4的IGBT模块剩余寿命的计算模型为：

其中，k_V为有效生命工作周期；k_R为当前有效工作生命周期，为结壳热阻标准下的平均寿命，为饱和压降标准下的平均寿命，S_R为结壳热阻标准下的剩余寿命，S_V为饱和压降标准下的剩余寿命。