[发明专利]一种基于有限元仿真的IGBT状态监测方法

权利要求书

1.一种基于有限元仿真的IGBT状态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取IGBT模块Vce,on的历史数据；

S2、建立键合线退化过程的失效物理模型；

S3、建立键合线退化过程的状态空间方程；

S4、通过参数学习算法确定Vce,on修正方程的未知量；

S5、状态估计。

2.根据权利要求1所述的基于有限元仿真的IGBT状态监测方法，其特征在于，所述步骤S1的具体方法为：

建立数据采集单元，持续获取IGBT的Vce,on数据，并存储数据。

3.根据权利要求1所述的基于有限元仿真的IGBT状态监测方法，其特征在于，所述步骤S2的具体方法为：

通过有限元仿真模拟，得到键合线Vce,on的增加与键合线裂纹长度之间的关系。

4.根据权利要求1所述的基于有限元仿真的IGBT状态监测方法，其特征在于，所述步骤S3的具体方法包括以下子步骤：

S3-1、选取Paris方程来描述裂纹扩展，得到裂纹扩展的状态方程，表示为裂纹长度在热循环次数上的变化率与应力强度因子成指数关系，其中应力强度因子可由键合线的应力应变曲线获得；

S3-2、补偿温度变化对Vce,on的影响，温度修正量ΔV_ce,on,T表示为温度系数与当前温度减去参考温度的乘积；

S3-3、补偿金属重构对Vce,on的影响，金属重构修正量ΔV_ce,on,M表示为：

ΔV_ce,on,M＝1.6×10^-17k·V_ce,on,r·ΔT^5.165

其中k为未知参数；V_ce,on,r为V_ce,on的参考值；ΔT为IGBT当前温度与参考温度之差；

S3-4、建立Vce,on的修正方程，修正后的Vce,on表示为参考Vce,on，温度修正量，金属重构修正量的叠加。

5.根据权利要求1所述的基于有限元仿真的IGBT状态监测方法，其特征在于，所述步骤S4的具体方法包括以下子步骤：

S4-1、使用粒子滤波算法处理样本，减少计算量；

S4-2、调整样本的权重，用加权样本逼近目标分布；

S4-3、利用基于粒子的边缘化重采样移动算法估计Vce,on修正方程的未知参数k。

6.根据权利要求1所述的基于键合线的IGBT寿命预测方法，其特征在于，所述步骤S5的具体方法包括以下子步骤：

S5-1、将确定后的参数k带回修正方程，计算出修正的Vce,on，并估算出键合线裂纹长度的状态a，表示为该Vce,on状态下的每一个粒子与其对应的归一化权重值的乘积之和；

S5-2、计算当前状态下键合线的应力强度F，表示为铝与硅的热膨胀系数之差与键合线裂纹长度的状态a平方根的乘积；

S5-3、判断应力强度是否超过键合线的断裂应力强度，若是则说明键合线已达到失效标准，建议立即停机维修，否则返回步骤S1。