(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211023682.9 (22)申请日 2022.08.23 (71)申请人 华北电力大 学 地址 102206 北京市昌平区北农路2号 (72)发明人 程养春　彭磊　扈梦玥　 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/10(2006.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种高压直流断路器用压接式IGBT器件使 用寿命等效计算方法 (57)摘要 本发明公开了功率半导体器件可靠性试验 领域的一种高压直流断路器用压接式IGBT器件 可靠性试验等效方法。 具体包括利用多物理场仿 真软件进行热、 电、 机械三物理场耦合仿真结果， 得到持续时间一定时， 不同电流水平下芯片结温 温升与电流水平的关系， 根据该关系可知试验电 流与实际电流水平下器件的芯片温升； 为建立不 同电流水平下寿命之间的等效关系， 选择温升作 为等效量， 并定义不同电流水平下温升差异量Δ T1‑ΔT2(℃)为较低电流水平下温升数值与较高 电流水平下温升数值之间的差值； 按照电子元器 件寿命老化模型(10℃法则)， 可得不同电流水平 下温升差异ΔT1‑ΔT2(℃)与寿命关系表达式， 根据该表达式， 可通过试验电流I1下的寿命N1与 温升差异 ΔT1‑ΔT2(℃)求得 实际电流I2(A)下寿 命N2(次)。 权利要求书1页 说明书2页 附图1页 CN 115422733 A 2022.12.02 CN 115422733 A 1.一种高压直流断路器用压接式IGBT器件使用寿命等效计算方法， 其特征是， 已知试 验电流I1下的寿命N1(次),求解实际电流 I2下的寿命N2(次)的步骤 包括： 步骤1： 用公式(1)求 解电流I1(单位为A)对应温升 ΔT1(单位为℃): 步骤2： 用公式(2)求 解电流I2(单位为A)对应温升 ΔT2(单位为℃): 步骤3： 用公式(3)求 解得电流 I2下器件寿命N2： 权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115422733 A 2一种高压直流断路器用压接式IGBT器件使用寿命等效计算 方法 技术领域 [0001]本发明属于功率半导体器件可靠性试验领域， 涉及一种高压直流断路器用压接式 IGBT器件使用寿命等效计算方法。 背景技术 [0002]柔性直流输电技术已成为现代电力输电技术中广为应用且灵活安全的一种输电 技术。 在柔性直流输电系统发生 故障时， 最为关键的部 分就是高压直流断路器。 其通常需要 在几毫秒内非常快速地清除故障， 并消耗存 储在系统电感中的大量能量。 [0003]目前高压直流断路器 的各种结构中， 混合式高压直流断路器通态损耗低， 切断故 障时间短， 成为当前柔性直流输电系统中较为常用的一种直流断路器。 混合式高压直流断 路器在关断线路故障电流时， 其内部的压接式IGBT器件起到主要切断故障电流的作用。 混 合式高压直流断路器的故障电流为冲击电流， 持续时间几毫秒， 幅值为4 ‑8倍额定工作电 流。 由于故障电流幅值大， 故障电流在此过程中在压接式IGBT器件内部累积的热量将造成 芯片上较大的温度升高。 功 率半导体器件发生的失效， 多是由于过热导致的。 利用有限元仿 真的方法对压接式IGBT器件进 行热、 电、 机械三个物理场耦合仿 真可发现， 不同故障电流波 形所对应的温升幅度不同， 通过温升与电流水平的拟合 曲线， 可以实现利用较低电流水平 的试验电流进行可靠性试验等效计算实际故障电流水平下器件寿命。 这里需要指出， 器件 寿命指器件失效前受到电流冲击的次数。 [0004]首先， 发明人利用多物理场仿真软件进行热、 电、 机械三物理场耦合仿真结果， 得 到持续时间一定时， 不同电流水平下芯片结温温升ΔT(单位为℃)与电流水平I(单位为A) 的关系： ΔT＝1.219 23+0.03032×I+1.76384×10‑4×I2。 [0005]其次， 为建立不 同电流水平下寿命之间的等效关系， 选择仿真所得芯片结温变化 曲线中结温最高值与初始环境温度之间的差值， 即温升作为等效量， 并定义不同电流水平 下温升差异量ΔT1‑ΔT2(单位为℃)为较低电流水平下温升数值与较高电流水平下温升数 值之间的差值。 定义 不同电流水平下对应的寿命分别为 N1和N2。 [0006]最后， 按照电子元器件寿命老化模型(10℃法则)， 可得不同电流水平下温度差异 ΔT1‑ΔT2与寿命关系表达式为 发明内容 [0007]本发明的目的在于， 提供一种高压直流断路器用压接式IGBT器件使用寿命等效计 算方法， 其特 征是已知试验电流 I1下的寿命N1,求解实际电流 I2下的寿命N2， 所述方法包括： [0008]步骤1： 用公式(1)求 解电流I1(单位为A)对应温升 ΔT1(单位为℃): [0009] [0010]步骤2： 用公式(2)求 解电流I2(单位为A)对应温升 ΔT2(单位为℃):说　明　书 1/2 页 3 CN 115422733 A 3