应用于大功率IGBT器件的热瞬态测试技术算法及软件实现

摘要

随着电力系统的发展需要，IGBT器件功率密度逐渐增加而且工作环境更加复杂，使得IGBT器件热可靠性问题日益突出，从而准确测量IGBT器件热特性参数显得十分重要。传统的热阻测试方法只能测量器件的整体热阻值而限制了对器件内部的进一步热分析，基于结构函数的热瞬态测试技术能全面地分析器件内部从芯片到散热器热传导路径上各层结构的热学性能，是功率半导体器件目前最有效的热特性分析方法，因此，对大功率IGBT器件的热瞬态测试技术研究具有重要的理论和现实意义。
　　本文首先概述了大功率IGBT器件热特性测试方法及测试系统的国内外研究现状，针对两个主要的热特性参数——结温和热阻，简要介绍了参数常用的测试方法和相关热特性测试仪。为了克服传统热特性测试技术的缺点，本文重点针对热瞬态测试技术，详细研究了其基本原理并建立一套软件测试系统，以准确测量器件内部各层结构的热学参数。
　　随后，针对热瞬态测试技术的两个关键问题，本文研究了两种常用反卷积算法的基本原理和影响因素，并从各方面对比了算法的性能，对于热瞬态测试技术最适用的反卷积算法给出一个正确的评价。同时，提出采用Mathematica解决网络模型转换过程中的精度问题，在达到与GMP同样精度的前提下降低转换难度，更加有利于其在功率半导体器件热特性测试方面的推广应用。
　　最后以理想热路模型及功率半导体器件的实际测试数据为例，验证了本文提出的算法的准确性和可操作性，并将其应用于压接型IGBT器件有限元模型，进一步基于仿真验证了本文所提出的大功率IGBT器件热瞬态测试技术软件实现方法的可行性和有效性。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 热特性测试方法

1．2．2 热特性测试系统

1．2．3 IGBT热特性测试技术研究趋势

1．2．4 热瞬态测试技术关键问题

1．3 本文研究内容

2．1 概述

2．2 基本原理

2．3 软件实现系统

2．3．1 数据预处理

2．3．2 数值求导

2．3．3 反卷积

2．3．4 离散化时间常数谱

2．3．5 网络模型转换

2．3．6 求取结构函数

2．4 本章小结

3．1 概述

3．2 傅里叶反卷积

3．2．1 算法原理

3．2．2 影响因素

3．3 贝叶斯反卷积

3．3．1 算法原理

3．3．2 影响因素

3．4 反卷积算法对比研究

3．4．1 算法复杂度

3．4．2 结果准确度

3．4．3 影响因素

3．4．4 综合评价

3．5 基于R-L算法的贝叶斯反卷积软件实现

3．6 本章小结

4．1 概述

4．2 网络模型转换

4．2．1 转换算法

4．2．2 实现手段

4．3 基于Mathematica的网络模型转换软件实现

4．2．1 算法实现

4．2．1 有效性验证

4．4 本章小结

第5章 实例仿真分析

5．1 基于理想热阻等效电路的仿真模型

5．1．1 仿真设置

5．1．2 结果分析

5．2 基于实际器件测试结果的仿真分析

5．2．1 仿真设置

5．2．2 结果分析

5．3 基于Comsol三维器件模型的仿真分析

5．3．1 仿真设置

5．3．2 结果分析

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢

作者简介