本發(fā)明涉及電力電子器件的熱測(cè)試領(lǐng)域，特別涉及一種基于維納濾波器的電子器件熱特性評(píng)估方法。

背景技術(shù)：

1、伴隨著寬禁帶半導(dǎo)體器件的飛速發(fā)展，以sic、gan材料為核心的功率器件在高頻、高壓、大電流的工作環(huán)境下逐步占據(jù)重要地位。隨著工作強(qiáng)度和工作時(shí)長(zhǎng)的增加，器件內(nèi)部的熱累計(jì)現(xiàn)象愈發(fā)劇烈，嚴(yán)重影響了器件的工作特性和使用壽命。因此，需要這樣一種測(cè)試方法，能夠針對(duì)由熱累計(jì)現(xiàn)象引起的器件內(nèi)部各層導(dǎo)熱特性的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2、在針對(duì)熱累計(jì)現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法中，結(jié)構(gòu)函數(shù)法是現(xiàn)階段研究中使用最廣泛的方法。該方法是一種非破壞性的方法，對(duì)器件或模塊內(nèi)部芯片的結(jié)溫進(jìn)行提取，經(jīng)過(guò)一系列數(shù)學(xué)變化后，通過(guò)反卷積方法能夠得到一條時(shí)間常數(shù)譜，該時(shí)間常數(shù)譜反應(yīng)了熱量在器件或模塊內(nèi)部的傳遞變化，最后根據(jù)計(jì)算時(shí)間常數(shù)譜能夠得到一條由累積熱阻和累積熱容組成的曲線(xiàn)，通過(guò)分析這條曲線(xiàn)，能夠得到器件或模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的熱特性信息。時(shí)間常數(shù)譜是決定該方法合理與否的重要因素，現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用的反卷積方法是傅里葉反卷積法和貝葉斯反卷積法，前者通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)部濾波函數(shù)的兩個(gè)參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間常數(shù)譜的準(zhǔn)確求解，并具有一定的抗噪性；后者通過(guò)調(diào)節(jié)迭代次數(shù)求解時(shí)間常數(shù)譜，但該方法得到的結(jié)果對(duì)噪聲比較敏感，且得到的時(shí)間常數(shù)譜的準(zhǔn)確度有待提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種基于維納濾波器的電子器件熱特性評(píng)估方法。本發(fā)明方法基于維納濾波的原理，針對(duì)結(jié)構(gòu)函數(shù)法中時(shí)間常數(shù)譜的求解提出了一種新的求解方法，使得得到的時(shí)間常數(shù)譜具有一定的抗噪性，并能夠?qū)ζ骷臒崽匦赃M(jìn)行準(zhǔn)確表征及評(píng)估。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下所示：

3、一、一種基于維納濾波器的電子器件熱特性評(píng)估方法

4、所述方法包括以下步驟：

5、1)通過(guò)熱測(cè)試得到待測(cè)電子器件的結(jié)溫，根據(jù)待測(cè)電子器件的結(jié)溫計(jì)算得到待測(cè)電子器件的熱阻抗曲線(xiàn)；

6、所述步驟1)中，待測(cè)電子器件的結(jié)溫是指待測(cè)電子器件在降溫階段不同時(shí)刻下的結(jié)溫；

7、所述步驟1)中，待測(cè)電子器件的熱阻抗曲線(xiàn)具體為：

8、a(t)＝(tj(0)-tj(t))/p

9、式中，a(t)為待測(cè)電子器件的熱阻抗曲線(xiàn)，tj(t)為待測(cè)電子器件在t時(shí)刻的結(jié)溫，tj(0)為待測(cè)電子器件在初始時(shí)刻的結(jié)溫，p為測(cè)量過(guò)程中待測(cè)電子器件的加熱功率。

10、2)對(duì)所述熱阻抗曲線(xiàn)進(jìn)行換元和求導(dǎo)，得到熱阻抗換元導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)；

11、所述步驟2)的具體步驟為：

12、將熱阻抗曲線(xiàn)a(t)中的時(shí)間變量t替換為時(shí)間對(duì)數(shù)變量z，得到時(shí)間軸對(duì)數(shù)化熱阻抗曲線(xiàn)a(z)；對(duì)所述時(shí)間軸對(duì)數(shù)化熱阻抗曲線(xiàn)a(z)中的時(shí)間對(duì)數(shù)變量z進(jìn)行求導(dǎo)，得到熱阻抗換元導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)

13、所述時(shí)間對(duì)數(shù)變量z與所述時(shí)間變量t之間滿(mǎn)足以下關(guān)系：

14、z＝lnt

15、其中，z為時(shí)間對(duì)數(shù)變量，t為時(shí)間變量。

16、3)對(duì)所述熱阻抗換元導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)進(jìn)行反卷積，得到待測(cè)電子器件的時(shí)間常數(shù)譜；

17、所述反卷積的具體步驟為：對(duì)所述熱阻抗換元導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)進(jìn)行傅里葉變換，得到熱阻抗換元導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)的頻域形式，將維納濾波器應(yīng)用于所述熱阻抗換元導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)的頻域形式，隨后引入熱特性表征函數(shù)，再通過(guò)逆傅里葉變換得到時(shí)間常數(shù)譜；

18、所述步驟3)包括以下步驟：

19、3.1)通過(guò)預(yù)設(shè)的權(quán)重函數(shù)wz(z)和時(shí)間常數(shù)譜rz(z)的卷積表示所述熱阻抗換元導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)；

20、所述通過(guò)預(yù)設(shè)的權(quán)重函數(shù)wz(z)和時(shí)間常數(shù)譜rz(z)的卷積表示的熱阻抗換元導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)具體為：

21、

22、式中，為熱阻抗換元導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)，rz(z)為時(shí)間常數(shù)譜，wz(z)為權(quán)重函數(shù)；

23、3.2)對(duì)所述權(quán)重函數(shù)中的時(shí)間對(duì)數(shù)變量z進(jìn)行中心化處理，再對(duì)權(quán)重函數(shù)中心化處理后的熱阻抗換元導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)進(jìn)行傅里葉變換，得到所述熱阻抗換元導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)的頻域形式；

24、所述熱阻抗換元導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)的頻域形式具體為：

25、

26、式中，d(f)為熱阻抗換元導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)的頻域形式，rz(f)為時(shí)間常數(shù)譜的頻域形式，為權(quán)重函數(shù)的頻域形式；f為時(shí)間對(duì)數(shù)變量z的頻域形式，為中心化時(shí)間對(duì)數(shù)變量x的頻域形式；

27、其中，中心化時(shí)間對(duì)數(shù)變量x表示為：

28、x＝z-zm

29、式中，z為時(shí)間對(duì)數(shù)變量，zm為時(shí)間對(duì)數(shù)變量的均值；

30、3.3)將維納濾波器應(yīng)用于所述熱阻抗換元導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)的頻域形式，得到維納濾波-熱阻抗換元導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)，所述維納濾波-熱阻抗換元導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)表示為：

31、

32、式中，d(f)為熱阻抗換元導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)的頻域形式，rz(f)為時(shí)間常數(shù)譜的頻域形式，為權(quán)重函數(shù)的頻域形式；f為時(shí)間對(duì)數(shù)變量z的頻域形式，為中心化時(shí)間對(duì)數(shù)變量x的頻域形式，為維納濾波器；

33、所述維納濾波器具體為：

34、

35、式中，為維納濾波器，為權(quán)重函數(shù)的頻域形式，為權(quán)重函數(shù)的頻域形式的共軛形式，為中心化時(shí)間對(duì)數(shù)變量x的頻域形式，nsr為導(dǎo)數(shù)信號(hào)的噪信比參數(shù)；

36、所述步驟3.3)中，在反卷積過(guò)程中引入維納濾波器，以削弱噪聲對(duì)求解過(guò)程的干擾效果；

37、3.4)向所述維納濾波-熱阻抗換元導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)中引入熱特性表征函數(shù)，得到維納濾波-熱阻抗換元導(dǎo)數(shù)自適應(yīng)曲線(xiàn)，再通過(guò)逆傅里葉變換，得到時(shí)間常數(shù)譜；

38、所述步驟3.4)中，在反卷積的最后一步置入熱特性表征函數(shù)，用于根據(jù)結(jié)構(gòu)函數(shù)的原理篩選并調(diào)節(jié)反卷積結(jié)果，以增加所得的時(shí)間常數(shù)譜的準(zhǔn)確性。所述熱特性表征函數(shù)b(t)具體為：

39、

40、式中，b(t)為熱特性表征函數(shù)，a(∞)為當(dāng)時(shí)間趨向于無(wú)窮大時(shí)的熱阻抗，rz(t)為頻域轉(zhuǎn)換為時(shí)域后的時(shí)間常數(shù)譜；

41、所述待測(cè)電子器件的時(shí)間常數(shù)譜r(t)表示為：

42、

43、式中，r(t)為最終得到的待測(cè)電子器件的時(shí)間常數(shù)譜，f-1()表示逆傅里葉變換，b(t)為熱特性表征函數(shù)，t為時(shí)間變量，d(f)為熱阻抗換元導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)的頻域形式，f為時(shí)間對(duì)數(shù)變量z的頻域形式，為維納濾波器，為權(quán)重函數(shù)的頻域形式，為中心化時(shí)間對(duì)數(shù)變量x的頻域形式；

44、其中，時(shí)間對(duì)數(shù)變量z表示為：

45、z＝lnt

46、式中，z為時(shí)間對(duì)數(shù)變量，t為時(shí)間變量；

47、其中，中心化時(shí)間對(duì)數(shù)變量x表示為：

48、x＝z-zm

49、式中，z為時(shí)間對(duì)數(shù)變量，zm為時(shí)間對(duì)數(shù)變量的中間值。

50、進(jìn)一步地，所述步驟3)中，通過(guò)對(duì)維納濾波器中的噪信比進(jìn)行合理嘗試，直到濾波效果滿(mǎn)足需求。濾波效果滿(mǎn)足需求具體為：求得的時(shí)間常數(shù)譜具有明顯的波動(dòng)，能夠表征熱量傳遞到待測(cè)期間的不同位置。對(duì)維納濾波器中噪信比進(jìn)行合理嘗試具體為：當(dāng)提取的結(jié)溫曲線(xiàn)較為圓滑時(shí)，即噪聲成分較低，此時(shí)可以縮小nsr至0～1之間，使維納濾波器發(fā)揮較小作用；當(dāng)噪聲成分較高時(shí)，可以根據(jù)所需獲得的時(shí)間常數(shù)譜擴(kuò)大nsr，放大維納濾波器的濾波作用。

51、4)根據(jù)所述時(shí)間常數(shù)譜對(duì)待測(cè)電子器件內(nèi)部的熱特性進(jìn)行評(píng)估，得到電子器件的熱特性評(píng)估結(jié)果；

52、所述步驟4)具體為：對(duì)所述時(shí)間常數(shù)譜進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)模型轉(zhuǎn)換，得到積分結(jié)構(gòu)函數(shù)；將所述積分結(jié)構(gòu)函數(shù)的熱容對(duì)熱阻求導(dǎo)，得到微分結(jié)構(gòu)函數(shù)，根據(jù)所述微分結(jié)構(gòu)函數(shù)得到電子器件的熱特性評(píng)估結(jié)果。

53、二、一種電子器件熱特性評(píng)估系統(tǒng)

54、所述電子器件熱特性評(píng)估系統(tǒng)應(yīng)用于上述電子器件熱特性評(píng)估方法。

55、所述電子器件熱特性評(píng)估系統(tǒng)包括熱測(cè)試模塊，用于對(duì)待測(cè)電子器件進(jìn)行熱測(cè)試并獲取待測(cè)電子器件的結(jié)溫；

56、所述電子器件熱特性評(píng)估系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)處理模塊，用于根據(jù)待測(cè)電子器件的結(jié)溫得到熱阻抗曲線(xiàn)，并根據(jù)熱阻抗曲線(xiàn)得到待測(cè)電子器件的時(shí)間常數(shù)譜；所述時(shí)間常數(shù)譜通過(guò)以下公式得到：

57、

58、式中，r(t)為待測(cè)電子器件的時(shí)間常數(shù)譜，f-1()為逆傅里葉變換，b(t)為熱特性表征函數(shù)，t為時(shí)間變量，d(f)為熱阻抗換元導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)的頻域形式，f為時(shí)間對(duì)數(shù)變量z的頻域形式，為維納濾波器，為權(quán)重函數(shù)的頻域形式，為中心化時(shí)間對(duì)數(shù)變量x的頻域形式；

59、所述電子器件熱特性評(píng)估系統(tǒng)還包括評(píng)估模塊，用于根據(jù)所述時(shí)間常數(shù)譜對(duì)待測(cè)電子器件內(nèi)部的熱特性進(jìn)行評(píng)估，得到電子器件的熱特性評(píng)估結(jié)果。

60、所述電子器件的熱特性評(píng)估結(jié)果包括但不限于電子器件的累計(jì)熱阻和累計(jì)熱容等參數(shù)。

61、所述電子器件主要為具有單一發(fā)熱源、且熱量傳遞方向以縱向?yàn)橹鞯钠骷?/p>

62、所述熱測(cè)試方法包括溫敏參數(shù)法等方法。

63、本發(fā)明的有益效果是：

64、(1)本發(fā)明的原理取自維納濾波的原理，即時(shí)刻保證導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)在噪聲干擾下與理想狀態(tài)下導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)的均方差達(dá)到最小，有效地抑制了熱阻抗曲線(xiàn)中一定程度的噪聲干擾，使得到的時(shí)間常數(shù)譜更加精準(zhǔn)地反應(yīng)器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的熱特性。

65、(2)相較于傳統(tǒng)的傅里葉反卷積法，本發(fā)明通過(guò)靈活調(diào)節(jié)噪信比參數(shù)nsr，使對(duì)不同情況下時(shí)間常數(shù)譜的求解過(guò)程變得更加靈活；相較于傳統(tǒng)的貝葉斯反卷法，本發(fā)明由于維納濾波器的存在，時(shí)刻保證了附帶噪聲的導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)與不附帶噪聲的導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)的均方差達(dá)到最小，通過(guò)調(diào)節(jié)nsr即可獲得具有一定抗噪性的時(shí)間常數(shù)譜，并能夠更加精準(zhǔn)地反應(yīng)被測(cè)器件各處細(xì)節(jié)的熱特性。