一种功率转换电路开关器件退化机制监测方法与流程

本发明涉及半导体，特别涉及一种功率转换电路开关器件退化机制监测方法。

背景技术：

1、现有的功率转换电路开关器件监测方法通常是采用电流互感器、罗氏线圈、霍尔传感器等 传感器进行在线监测装备系统中电力电子器件的电流、电压等信号，进而获得电路、模块或系统的故障信息，该方式只能诊断出较为明显的系统故障，无法预测开关器件的退化趋势。如在中国申请号为202310163156.0，公布日为2023.5.2的专利文献公开了一种系统故障感知方法、装置、计算机设备和存储介质，其通过通过电压传感器采集的实时电压振荡信号与基准电压振荡信号对比，确定待检测系统的退化趋势。而功率转换电路开关器件的退化受到不同因素影响，该方法无法对开关器件的退化机制进行监测。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种功率转换电路开关器件退化机制监测方法，通过电流变化率的变化趋势确定开关器件内部缺陷的退化机制。

2、为了解决上述技术问题，本发明所使用的技术方案是：

3、本发明提供一种功率转换电路开关器件退化机制监测方法，包括以下步骤：

4、s1、在开关器件对应的源极和漏极所在的回路上设置传感器。

5、s2、获取开关器件的漏源电流的基准电流变化率。

6、s3、传感器采集开关器件导通时的漏源电流的实时电流变化率。

7、s4、对比漏源电流的实时电流变化率和漏源电流的基准电流变化率。

8、s5、通过电流变化率的变化趋势确定开关器件内部缺陷的退化机制；若电流变化率减小则判断为开关器件氧化层缺陷密度增加引起退化，若电流变化率增大则判断为开关器件界面缺陷密度增加引起退化。

9、优选的，通过电流变化率的变化趋势确定开关器件内部缺陷的退化机制，具体为：

10、通过以下公式计算出氧化层缺陷密度not与电流变化率之间的关系、界面缺陷密度nit与电流变化率之间的关系。

11、，

12、其中vg为栅极电压，vth为阈值电压，rg为源极和漏极所在的回路的电阻，coss为源极和漏极所在的回路的电容，lloop源极和漏极所在的回路的电感，cox为栅极氧化层电容，q为电子电荷量，gm为跨导。

13、优选的，s5还包括通过电流变化率的变化趋势确定开关器件的退化机制，具体包括以下步骤：

14、a1、若电流变化率减小，则判断为氧化层缺陷密度增加引起开关器件内部缺陷退化；若电流变化率增大，则进行a2。

15、a2、对比线性区的实时导通电阻与基准导通电阻，同时通过低频噪声测试开关器件的界面缺陷密度。

16、a3、若实时导通电阻小于基准导通电阻，且界面缺陷密度增大，则判断为界面缺陷密度增加引起开关器件内部缺陷退化。

17、若实时导通电阻大于基准导通电阻，且若界面缺陷密度无变化，则判断为开关器件封装退化。

18、若实时导通电阻大于基准导通电阻，且界面缺陷密度增大，则判断为开关器件同时出现封装退化和界面缺陷密度增加引起的开关器件内部缺陷退化。

19、优选的， s5还包括，继续采集开关器件下一次导通时的漏源电流的实时电流变化率；若下一次漏源电流的实时电流变化率相对上一次漏源电流的实时电流变化率增大；然后测量线性区的实时导通电阻，同时通过低频噪声测试开关器件的界面缺陷密度。

20、若实时导通电阻大于基准导通电阻，界面缺陷密度增大，则判断为开关器件在使用过程中同时出现封装退化、氧化层缺陷密度增加和界面缺陷密度增加引起的开关器件内部缺陷退化；若实时导通电阻大于基准导通电阻，界面缺陷密度无变化，判断开关器件在使用过程中同时出现封装退化和界面缺陷密度增加引起的开关器件内部缺陷退化；若实时导通电阻小于基准导通电阻，界面缺陷密度增大，判断开关器件在使用过程中同时出现氧化层缺陷密度增加和界面缺陷密度增加引起的开关器件内部缺陷退化。

21、优选的，s5还包括预设漏源电流的实时电流变化率相对漏源电流的基准电流变化率的第一变化幅度与氧化层缺陷退化程度的对应关系，通过第一变化幅度确定氧化层缺陷的退化程度。

22、优选的，s5还包括预设漏源电流的实时电流变化率相对漏源电流的基准电流变化率的第一变化幅度与界面缺陷退化程度的对应关系，通过第一变化幅度确定界面缺陷的退化程度。

23、优选的，所述传感器为射频电流探头；s1中设置传感器具体为：射频电流探头与源极和漏极所在回路的导线表面接触。

24、优选的，在开关器件上设有散热装置，s1还包括启动散热装置。

25、优选的，所述散热装置为水冷散热装置。

26、相对于现有技术本发明所述的一种功率转换电路开关器件退化机制监测方法的有益效果主要体现在：

27、氧化层缺陷密度与电流变化率的变化趋势成正相关，界面缺陷密度都与电流变化率的变化趋势成负相关，在单独判断开关器件内部缺陷的退化机制时，通过电流变化率的变化趋势，确认为氧化层缺陷密度增加或界面缺陷密度增加引起开关器件内部缺陷退化。而开关器件还会出现封装退化，封装出现退化时，会导致开关器件的串联电阻增加，电流变化率增大，进而在判断开关器件封装和内部缺陷的退化机制时，通过电流变化率减小确认为氧化层缺陷密度增加引起开关器件内部缺陷退化；电流变化增大时，通过导通电阻和低频噪声检测二次检测，确认出准确封装和/或界面缺陷密度增加引起开关器件出现退化。

28、同时开关器件在使用时，封装和开关器件内部缺陷可能都会出现退化，当氧化层缺陷饱和时，电流变化率不再减小；此时当封装或界面退化的程度加剧，则会导致电流变化率增大；进而采集开关器件在不同时间点导通的实时电流变化率，下一次的电流变化率相比当前电流电流变化率增大时，判断出开关器件的退化由两种以上的机制引起，然后继续对导通电阻和界面缺陷密度进行检测，准确识别出引起退化的原因。

29、在单独确定氧化层缺陷的退化程度、界面缺陷的退化程度时，确定不同第一变化幅度分别与氧化层缺陷的不同退化程度、界面缺陷的不同退化对应，通过第一变化幅度确认氧化层缺陷退化程度或界面缺陷退化程度。

30、使用射频电流探头对回路进行检测，只需将射频电流探头与回路的导线接触就能检测出电流变化率，无需改变功率转换电路电路布局，便于安装；同时通过设置散热装置用于对开关器件进行散热，防止开关器件运行时由于温度变化过大导致电流变化率发生变化，避免温度变化过大对退化的监测造成干涉。

31、相对于现有技术本发明所述的一种功率转换电路开关器件退化机制监测方法，通过电流变化率的变化趋势确定开关器件内部缺陷的退化机制。

32、附图说明

33、通过附图中所示的本发明优选实施例更具体说明，本发明上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

34、图1为本发明中电流变化率的变化示意图。