用于增加功率管芯或功率模块的寿命的方法和设备

技术领域

本发明总体涉及一种用于增加功率管芯(power die)或功率模块(power module)的寿命的方法和设备。

背景技术

传统上，功率管芯或功率模块是并联连接的。由于工艺变化或功率模块设计的几何不对称，几个功率管芯或功率模块的退化可能以不同的速率发生。因此，目前在制造期间，通常对并联连接的功率管芯或功率模块进行分类(sort)，以呈现相同的电热机械特性。使并联功率管芯的退化均衡对于包括这种功率管芯或功率模块的系统的寿命是有益的，因为可靠性将不取决于最关键组件并且避免分类过程。

在极端情况下，异质功率管芯或功率模块的连接通常会导致退化率甚至退化模式的高度可变性。异质功率管芯或功率模块例如是诸如SiC MOSFET和Si IGBT的技术的差异和/或管芯大小的差异和(或)互连技术的差异等。

在实践中，并联连接异质功率管芯和/或模块在性能(诸如，效率)方面可能是有益的，但是由于电热机械差异是很困难的，这会导致不平衡以及可靠性和鲁棒性问题。因此，均衡退化将消除这种异质组件的一个重要瓶颈。

在现有技术中，提出了一些方法来调整异质(例如，并联SiC MOSFET和Si IGBT)功率模块的开关事件，以提高整体性能，例如平衡温度。开关模式是基于电热性能的先验知识来确定的。这种方法需要对每个功率管芯或功率模块的电热性能进行预表征。此外，当温度演化和/或出现退化时，由于退化对电热参数的影响，预表征不再有效。因此，这种“开环”方法导致高成本和低性能。

在现有技术中，一些方法监测温度敏感的电参数并延迟最热功率管芯和/或最热功率模块的接通，以便减少它们的损耗并平衡温度。

这样的算法对于平衡具有热不平衡的功率模块的温度是有效的。在强烈的电气或可靠性不平衡的情况下，这种算法不适于改善性能指标，诸如效率和/或可靠性指标，诸如寿命。事实上，在具有不同可靠性数字的功率管芯或功率模块的情况下，由于退化率或退化模式的可变性和制造工艺偏差，平衡温度并不能平衡寿命。

发明内容

本发明旨在提供一种方法和设备，该方法和设备能够对几个并联功率管芯和/或模块的退化进行选通控制的平衡，以实现更高水平的可靠性和鲁棒性。此外，本发明实现了新的商业案例：不同组件和技术的改造、二次使用、增值(valorisation)。

为此，本发明涉及一种用于增加至少两个功率管芯或功率模块的寿命的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-感测所述功率管芯或所述功率模块的温度，

-针对每个功率管芯或功率模块，从感测到的温度识别温度循环，

-针对每个功率管芯或功率模块，从所识别的温度循环确定可靠性参数，

-针对每个功率管芯或功率模块，确定参考温度，

-针对每个功率管芯或功率模块，从所确定的功率管芯或者功率模块的参考温度中减去所感测到的功率管芯或者功率模块的温度，

-根据减法步骤的输出的符号来调整至少一个功率管芯或功率模块的开关延迟和/或导通时间的持续时间。

本发明还涉及一种用于增加至少两个功率管芯或功率模块的寿命的系统，其特征在于，所述系统包括：

-用于感测所述功率管芯或所述功率模块的温度的装置，

-用于针对每个功率管芯或功率模块从感测到的温度识别温度循环的装置，

-用于针对每个功率管芯或功率模块从所识别的温度循环确定可靠性参数的装置，

-用于针对每个功率管芯或功率模块确定参考温度的装置，

-用于针对每个功率管芯或者功率模块从所确定的所述功率管芯或功率模块的参考温度中减去所感测到的功率管芯或者功率模块的温度的装置，

-用于根据所述减法装置的输出的符号来调整至少一个功率管芯或功率模块的所述开关延迟和/或导通时间的持续时间的装置。

因此，可以在相同或不同技术的并联连接的功率管芯或功率模块之间监测、控制和平衡退化水平，从而增加整体系统寿命。

根据特定特征，对于每个功率管芯或功率模块，所述温度循环等于最后感测到的局部最高温度与被确定为最后局部最低温度的初始温度之间的温差。

因此，温度循环或改变可以在操作条件期间被连续地确定，以便用作每个单个功率管芯或功率模块的可靠性参数的应力输入。

根据特定特征，可靠性参数R1和R2被确定为：

其中，α

因此，每个功率管芯或功率模块的可靠性参数可以在基于所计算的温度循环的操作条件下被连续地确定。此外，可靠性参数然后被用于确定每个功率管芯或功率模块的参考温度。

根据特定特征，假设温度循环幅度之间的比率等于功率管芯或功率模块的结温度与环境温度之间的比率，并且通过均衡功率管芯或者功率模块的可靠性参数，来确定一个功率管芯或功率模块的参考温度，另一功率管芯或功率模块的温度参考被确定为等于所感测的另一功率管芯或者功率模块的温度。

因此，针对每个功率管芯或功率模块确定参考温度，以便在操作条件下连续地控制它们的退化水平。

根据特定特征，可靠性参数从寿命模型Nf1和Nf2确定，其可以被表示为：

其中，α

其中，n

因此，每个功率管芯或功率模块的可靠性参数与在例如[0，1]或[0％，100％]的间隔内的操作条件下连续评估的虚拟退化量相关。因此，可以估计健康状态和故障状态之间的所有退化水平。

根据特定特征，通过根据可靠性的比较将功率管芯或功率模块的温度循环增加或减少增量并通过将增加或减少的温度循环与预定温度相加来确定每个功率管芯或者功率模块的参考温度。

因此，并联连接的功率管芯或功率模块的温度提供了监测和控制所有退化水平以建立平衡的能力。

根据特定特征，每个功率管芯或者功率模块的参考温度通过以下来确定：计算所述功率管芯或者所述功率模块的所述可靠性参数的损伤变化率并且平衡所述损伤变化率，以及针对每个功率管芯或功率模块确定使所述功率管芯或者所述功率模块的所述损伤变化率与所述损伤变化率的平均值之间的差最小化的温度增量并且将所述功率管芯和所述功率模块的温度增量与预定温度相加，所述损伤变化率被计算为：

因此，最小化损伤变化率之间的差允许最小化每个功率管芯或功率模块的损伤或退化水平之间的差。因此，可以增加整个系统的寿命。

根据特定特征，可靠性参数从寿命模型的先验知识被确定为：

其中，γ

因此，使用在线或离线模式基于裂纹长度测量结果来识别每个功率管芯或功率模块的可靠性参数。因此，不需要可靠性测试数据来定义每个功率管芯或功率模块的可靠性参数。

根据特定特征，通过根据可靠性的比较将功率管芯或功率模块的温度循环增加或减少增量并通过将增加或减少的温度循环与预定温度相加来确定每个功率管芯或者功率模块的参考温度。

因此，基于每个功率管芯或功率模块所施加的温度循环来控制和平衡每个功率管芯或功率模块的退化水平。

根据特定特征，可靠性参数从寿命模型的先验知识被确定为：

其中，ΔK

其中，N1表示系统寿命延长之前的给定循环数，N1在1和Nf之间被选择，Nf表示功率管芯故障的循环数。

通过阅读示例实施方式的以下描述，本发明的特征将更加清楚地显现，所述描述是参考附图提供的。

附图说明

[图1a]

图1a表示根据本发明的用于增加功率管芯或功率模块的寿命的系统的第一示例。

[图1b]

图1b表示根据本发明的用于增加功率管芯或功率模块的寿命的系统的第二示例。

[图1c]

图1c表示根据本发明的用于增加功率管芯或功率模块的寿命的系统的第三示例。

[图1d]

图1d表示根据本发明的用于增加功率管芯或功率模块的寿命的系统的第四示例。

[图1e]

图1e表示根据本发明的用于增加功率管芯或功率模块的寿命的系统的第五示例。

[图2]

图2表示根据本发明的用于增加功率管芯或功率模块的寿命的系统的第六示例。

[图3]

图3表示根据本发明执行的算法的示例。

具体实施方式

图1a表示根据本发明的用于增加功率管芯或功率模块的寿命的系统的第一示例。

在图1a的示例中，系统包括并联电连接的两个功率管芯D1和D2。

在图1a中，为了清楚起见，只示出了两个功率管芯。本发明也可应用于两个以上功率管芯。

功率管芯可以由诸如碳化硅(SiC)和硅(Si)的不同材料和/或诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor，MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)的不同结构制成和/或具有诸如10mm

功率管芯可以由功率模块代替，每个功率模块由并联的多个功率管芯制成。

通常，异质功率管芯和/或模块在并联连接时表现出不同的电热机械特性，导致不同的疲劳行为和可靠性性能。

电感器L1和L2表示负载电感器，其表示马达的负载。

对于每个功率管芯D1、D2，该系统包括温度感测装置Ts1和Ts2。

温度感测装置Ts1和Ts2是位于每个功率管芯或功率管芯的热敏电参数上或附近的温度传感器。例如，热敏电参数是功率管芯的内部栅极电阻。

温度感测装置Ts1提供功率管芯D1的温度值T1(t)。温度感测装置Ts2提供功率管芯D2的温度值T2(t)。温度T1(t)和T2(t)最终被过滤。温度值被提供给参考温度确定模块100a、减法模块122和124以及循环识别模块120。

参考温度模块100a根据温度值T1、T2以及相应的可靠性参数R1和R2分别针对每个功率管芯D1和D2确定参考温度Tref1和Tref2。

可靠性参数例如是由各个功率管芯D1和D2的数据表提供的可靠性参数。

例如，可靠性参数由可靠性确定模块110a确定。

可靠性确定模块110a根据由恒温摆动ΔT

R1＝f(ΔT

R2＝f(ΔT

此类模型允许计算实验室情况下的可靠性变量，其中，应力变量ΔT

在这些表达式中，α

ΔT

min(T

例如，可靠性参数R1和R2是：

其中，α

循环识别模块120例如使用在两次连续温度测量之间的每个离散时间间隔Δt处评估的温度分布的一阶导数来确定温度循环的开始t

并且/>

可靠性函数R1和R2可以被表示为R1＝f(max(T1(t))-T1(t

当满足局部最低温度时，t

参考温度模块100a分别针对每个功率管芯D1和D2确定参考温度Tref1和Tref2，假设温度循环幅度之间的比率等于结与环境温度之间的比率：

换句话说，温度循环的幅度与温度成比例，具有一定系数：

ΔT

ΔT

例如，参数a可以取值0.5。

参考温度模块100a通过平衡功率管芯的寿命来确定参考温度Tref1和Tref2：

R1＝R2

α

该关系表示log(T1)和log(T2)之间的关系，该关系导致寿命平衡。

例如，对于所测量的温度log(T2)，参考温度Tref1由参考温度模块100a根据以下等式确定：

在这种情况下，功率管芯D2的参考温度Tref2可以被设置(固定)为与测量的温度相同的值，这意味着：

Tref2＝T2

以相同的方式，Tref1可以被设置(固定)为与测量的温度相同的值，并且Tref2可以基于以下等式被估计：

根据测量的值T1和T2分别固定Tref1和/或Tref2的决定可以基于任何操作标准。例如，退化程度最高的功率管芯的温度参考可以是固定的，并且退化程度较低的功率管芯的温度可以增加，以达到与退化程度最高的功率管芯相同的退化水平。

包括温度循环幅度的功率函数的简单寿命模型可以通过考虑例如平均温度值、加热时间和/或电流值等来增强。可以使用相同的原理来添加这种依赖性。

通过减法模块124从参考温度Tref1减去测量温度T1(t)，并且通过减法模块122从参考温度Tree2减去测量温度T2(t)。

减法模块122和124的输出被提供给选通信号控制器130。选通信号控制器130根据减法模块122和124的输出的符号来调整功率管芯D1和D2的开关延迟和/或导通时间的持续时间。

例如，如果减法模块122的输出为正，则选通控制信号130增加信号SP1的导通时间的持续时间以获得驱动信号g1和/或增加功率管芯D1的驱动信号g1的开关延迟。如果减法模块122的输出为负或零，则不修改信号SP1的开关延迟和/或导通的持续时间，并且驱动信号g1等于信号SP1。如果减法模块124的输出为正，则选通控制信号130增加信号SP2的导通时间的持续时间以获得驱动信号g2和/或增加功率管芯D2的驱动信号g2的开关延迟。如果减法模块124的输出为负或零，则不修改信号SP2的开关延迟和/或导通的持续时间，并且驱动信号g2等于信号SP2。

导通时间的持续时间的增加可以在10微秒和50微秒之间，或者延迟时间可以在10纳秒或50纳秒之间。

图1b表示根据本发明的用于增加功率管芯或功率模块的寿命的系统的第二示例。

在图1b的示例中，该系统包括并联连接的两个功率管芯D1和D2。

在图1b中，为了清楚起见，只显示了两个功率管芯。本发明也可应用于两个以上功率管芯。

功率管芯可以由诸如碳化硅(SiC)和硅(Si)的不同材料和/或诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)的不同结构制成和/或具有不同大小(诸如10mm

功率管芯可以由功率模块代替，每个功率模块由并联的多个功率管芯制成。

通常，异质功率管芯和/或模块在并联连接时表现出不同的电热机械特性，导致不同的疲劳行为和可靠性性能。

电感器L1和L2表示负载电感器，其表示马达的负载。

对于每个功率管芯D1、D2，该系统包括温度感测装置Ts1和Ts2。

温度感测装置Ts1和Ts2是位于每个功率管芯或功率管芯的热敏电参数上或附近的温度传感器。例如，热敏电参数是功率管芯的内部栅极电阻。

温度感测装置Ts1提供功率管芯D1的温度值T1(t)。温度感测装置Ts2提供功率管芯D2的温度值T2(t)。温度T1(t)和T2(t)最终被过滤。温度值被提供给参考温度确定模块100b、减法模块122和124以及循环识别模块120。

参考温度模块100b根据温度值T1、T2以及相应的可靠性参数R1和R2分别针对每个功率管芯D1和D2确定参考温度Tref1和Tref2。

可靠性参数由可靠性确定模块110b确定。

可靠性确定模块

其中，α

ΔT

这样的寿命模型允许计算可靠性参数R1和R2，其表示功率管芯D1和D2的线性损伤累积(总和)，其中：

其中n

Nf1(ΔT

在图1b的示例中，可靠性参数表示损伤百分比，该百分比从健康状态下的0％增加到寿命结束或退化状态下的100％。

根据特定特征，由可靠性参数R1和R2表示的损伤水平也可以由图1b中未示出的外部条件监测装置提供，该装置估计功率管芯D1和D2的损伤水平。

例如，外部条件监测装置基于对故障前兆的监测来估计损伤水平。例如，对于给定操作条件，可以根据导通状态电压的演变或者热阻的演变或者温度T1和T2的演变来估计损伤。

因此，也可以通过温度T1和T2以及开关模式的知识来内部估计损伤失配的水平。

循环识别模块120根据温度值T1(t)和T2(t)、ΔT

ΔT

min(T

循环识别模块120例如使用在两次连续温度测量之间的每个离散时间间隔Δt处评估的温度分布的一阶导数来确定温度循环的开始t

并且/>

当满足局部最低温度时，t

参考温度模块100b分别针对每个功率管芯D1和D2确定参考温度Tref1和Tref2。

基于温度信息ΔT1、ΔT2和可靠性参数R1、R2，参考温度模块100b确定温度参考的增量。ΔTref1和ΔTref2可以如下计算。

如果R1高于R2，则ΔTrefl＝ΔT1-ΔT

否则，ΔTref1＝ΔT1+ΔT

ΔT

基于温度参考的增量ΔT

Tref1＝T

Tref2＝T

其中，Tmin1和Tmin2分别表示功率管芯D1和D2的最低温度。Tmin1和Tmin2可以是环境温度或散热器温度，例如20℃或70℃。

通过减法模块124从参考温度Tref1减去测量温度T1(t)，并且通过减法模块122从参考温度Tree2减去测量温度T2(t)。

减法模块122和124的输出被提供给选通信号控制器130。选通信号控制器130分别根据减法模块122和124的输出的符号来调整功率管芯D1和D2的开关延迟和/或导通时间的持续时间。

例如，如果减法模块122的输出为正，则选通控制信号130增加信号SP1的导通时间的持续时间以获得驱动信号g1和/或增加功率管芯D1的驱动信号g1的开关延迟。如果减法模块122的输出为负或零，则不修改信号SP1的开关延迟和/或导通的持续时间，并且驱动信号g1等于信号SP1。如果减法模块124的输出为正，则选通控制信号130增加信号SP2的导通时间的持续时间以获得驱动信号g2和/或增加功率管芯D2的驱动信号g2的开关延迟。如果减法模块124的输出为负或零，则不修改信号SP2的开关延迟和/或导通的持续时间，并且驱动信号g2等于信号SP2。

导通时间的持续时间的增加可以在10微秒与50微秒之间，或者延迟时间可以在10纳秒或50纳秒之间。

图1c表示根据本发明的用于增加功率管芯或功率模块的寿命的系统的第三示例。

在图1c的示例中，该系统包括并联连接的两个功率管芯D1和D2。

在图1c中，为了清楚起见，只示出了两个功率管芯。本发明也可应用于两个以上功率管芯。

功率管芯可以由诸如碳化硅(SiC)和硅(Si)的不同材料和/或诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)的不同结构制成和/或具有不同大小(诸如10mm

功率管芯可以由功率模块代替，每个功率模块由并联的多个功率管芯制成。

通常，异质功率管芯和/或模块在并联连接时表现出不同的电热机械特性，导致不同的疲劳行为和可靠性性能。

电感器L1和L2表示负载电感器，负载电感器表示马达的负载。

对于每个功率管芯D1、D2，该系统包括温度感测装置Ts1和Ts2。

温度感测装置Ts1和Ts2是位于每个功率管芯或功率管芯的热敏电参数上或附近的温度传感器。例如，热敏电参数是功率管芯的内部栅极电阻。

温度感测装置Ts1提供功率管芯D1的温度值T1(t)。温度感测装置Ts2提供功率管芯D2的温度值T2(t)。温度T1(t)和T2(t)最终被过滤。温度值被提供给参考温度确定模块100c、减法模块122和124以及循环识别模块120。

参考温度模块100c根据温度值T1、T2以及相应的可靠性参数R1和R2分别针对每个功率管芯D1和D2确定参考温度Tref1和Tref2。

可靠性参数由可靠性确定模块110c确定。

可靠性确定模块110c基于由恒温摆动ΔT

其中，α

ΔT

这样的寿命模型允许计算可靠性参数R1和R2，其表示功率管芯D1和D2的线性损伤累积(总和)，其中：

其中n

Nf1(ΔT

在图1c的示例中，可靠性参数表示损伤百分比，该百分比从健康状态下的0％增加到寿命结束或退化状态下的100％。

根据特定特征，由可靠性参数R1和R2表示的损伤水平也可以由图1c中未示出的外部条件监测装置提供，该装置估计功率管芯D1和D2的损伤水平。

例如，外部条件监测装置基于对故障前兆的监测来估计损伤水平。例如，对于给定操作条件，可以根据导通状态电压的演变或者热阻的演变或者温度T1和T2的演变来估计损伤。

因此，也可以通过温度T1和T2以及开关模式的知识来内部估计损伤失配的水平。

循环识别模块120根据温度值T1(t)T2(t)、ΔT

ΔT

min(T

循环识别模块120例如使用在两次连续温度测量之间的每个离散时间间隔Δt处评估的温度分布的一阶导数来确定温度循环的开始t

并且/>

当满足局部最低温度时，t

参考温度模块100c分别针对每个功率管芯D1和D2确定参考温度Tref1和Tref2。

参考温度模块100c使用微分方程来确定损伤率：

为了平衡至少两个功率管芯的损伤变化率，基于每个损伤变化率的平均值来计算成本函数，该平均值可以被表示为：

这里，针对两个功率管芯的参考损伤变化率(DCR)是相等的，即：

其中/>

Rref1和Rref2分别通过

然后，参考温度被计算如下：

使用成本函数

我们可以解决以下集成：

R1

基于ΔT

Tref1＝T

Tref2＝T

Tmin1和Tmin2分别表示功率管芯D1和D2的最低温度。它们可以是环境温度或散热器温度，例如20℃或70℃。

损伤率也可以使用离散的时间值来计算；因此，导数由除法代替，积分由乘法代替。时间间隔可以是例如100小时。

通过减法模块124从参考温度Tref1减去测量温度T1(t)，并且通过减法模块122从参考温度Tree2减去测量温度T2(t)。

减法模块122和124的输出被提供给选通信号控制器130。选通信号控制器130根据减法模块122和124的输出的符号来调整功率管芯D1和D2的开关延迟和/或导通时间的持续时间。

例如，如果减法模块122的输出为正，则选通控制信号130增加信号SP1的导通时间的持续时间以获得驱动信号g1和/或增加功率管芯D1的驱动信号g1的开关延迟。如果减法模块122的输出为负或零，则不修改信号SP1的开关延迟和/或导通的持续时间，并且驱动信号g1等于信号SP1。如果减法模块124的输出为正，则选通控制信号130增加信号SP2的导通时间的持续时间以获得驱动信号g2和/或增加功率管芯D2的驱动信号g2的开关延迟。如果减法模块124的输出为负或零，则不修改信号SP2的开关延迟和/或导通的持续时间，并且驱动信号g2等于信号SP2。

导通时间的持续时间的增加可以在10微秒和50微秒之间，或者延迟时间可以在10纳秒或50纳秒之间。

图1d表示根据本发明的用于增加功率管芯或功率模块的寿命的系统的第四示例。

在图1d的示例中，该系统包括并联连接的两个功率管芯D1和D2。

在图1d中，为了清楚起见，只示出了两个功率管芯。本发明也可应用于两个以上的功率管芯。

功率管芯可以由诸如碳化硅(SiC)和硅(Si)的不同材料和/或诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)的不同结构制成和/或具有不同尺寸(诸如10mm

功率管芯可以由功率模块代替，每个功率模块由并联的多个功率管芯制成。

通常，异质功率管芯和/或模块在并联连接时表现出不同的电热机械特性，导致不同的疲劳行为和可靠性性能。

电感器L1和L2表示负载电感器，其表示马达的负载。

对于每个功率管芯D1、D2，该系统包括温度感测装置Ts1和Ts2。

温度感测装置Ts1和Ts2是位于每个功率管芯或功率管芯的热敏电参数上或附近的温度传感器。例如，热敏电参数是功率管芯的内部栅极电阻。

温度感测装置Ts1提供功率管芯D1的温度值T1(t)。温度感测装置Ts2提供功率管芯D2的温度值T2(t)。温度T1(t)和T2(t)最终被过滤。温度值被提供给参考温度确定模块100d、减法模块122和124以及循环识别模块120。

参考温度模块100d根据温度值T1、T2以及相应的可靠性参数R1和R2分别针对每个功率管芯D1和D2确定参考温度Tref1和Tref2。

可靠性参数由可靠性确定模块110d确定。

可靠性确定模块110d将温度历史确定为温度循环的直方图，例如，表示各种温度循环被观察到的次数。可以通过诸如雨流(rainflow)算法的应力计数算法来将不断改变的温度循环的谱减少为等效的简单温度循环集合。

可靠性确定模块110d确定健康状态，该健康状态例如从表示至少一个互连的裂纹长度的至少一个值获得。例如，Sj是引线接合中的裂纹长度，或者Sij＝‘a

可靠性参数R1和R2是从寿命模型的先验知识来计算的。这是将功率管芯温度历史和健康状态变量S1、S2作为输入参数并计算寿命作为输出的定律。在最简单的情况下，假设温度分布由恒温摆动ΔT1、ΔT2组成，这样的定律的示例是：

R1＝f(ΔT

R2＝f(ΔT

因此，模型校准是在系统寿命期间完成的。

一个示例是巴黎(Paris)定律，其中，我们可以在可变温度分布下为功率管芯D1写：

N0表示给定循环次数，例如N0＝1000个循环，

在这个方程的示例中，在两个不同的N0值下的两次迭代(例如在N0＝1000个循环和N0＝5000个循环下)允许识别构成R1的γ

更具体地，在两个功率管芯的基本情况下，具有相应的互连裂纹长度a

其中，ΔG

ΔG

例如，在最简单的分析形式中，ΔG

这里，ΔT

此外，为了给出R1、温度历史和模型变量之间的明确关系，可以通过跨裂纹长度从值a

或者更一般地说，如果δ1≠1，则

在两个不同循环数下测量a

/>

其中，ε

有利的是，这种在线实现能够更频繁地评估模型参数γ

循环识别模块120根据温度值T1(t)T2(t)、ΔT

ΔT

min(T

循环识别模块120例如使用在两次连续温度测量之间的每个离散时间间隔Δt处评估的温度分布的一阶导数来确定温度循环的开始t

并且/>

当满足局部最低温度时，t

参考温度模块100d分别针对每个功率管芯D1和D2确定参考温度Tref1和Tref2。

确定参考温度Tref1和Tref2是为了尽快均衡退化，确保一个管芯不会过热超过安全操作区域，或者在一定时间后或在寿命结束时过热。

参考温度模块100b分别针对每个功率管芯D1和D2确定参考温度Tref1和Tref2。

基于温度信息ΔT1、ΔT2和可靠性参数R1、R2，参考温度模块100d确定温度参考的增量。ΔTref1和ΔTref2可以被计算如下：

如果R1高于R2，则ΔTref1＝ΔT1-ΔT

否则，ΔTref1＝ΔT1+ΔT

ΔT

基于温度参考的增量ΔT

Tref1＝T

Tref2＝T

其中，Tmin1和Tmin2分别表示功率管芯D1和D2的最低温度。Tmin1和Tmin2可以是环境温度或散热器温度，例如20℃或70℃。

通过减法模块124从参考温度Tref1减去测量温度T1(t)，并且通过减法模块122从参考温度Tree2减去测量温度T2(t)。

减法模块122和124的输出被提供给选通信号控制器130。选通信号控制器130根据减法模块122和124的输出的符号来调整功率管芯D1和D2的开关延迟和/或导通时间的持续时间。

例如，如果减法模块122的输出为正，则选通控制信号130增加信号SP1的导通时间的持续时间以获得驱动信号g1和/或增加功率管芯D1的驱动信号g1的开关延迟。如果减法模块122的输出为负或零，则不修改信号SP1的开关延迟和/或导通的持续时间，并且驱动信号g1等于信号SP1。如果减法模块124的输出为正，则选通控制信号130增加信号SP2的导通时间的持续时间以获得驱动信号g2和/或增加功率管芯D2的驱动信号g2的开关延迟。如果减法模块124的输出为负或零，则不修改信号SP2的开关延迟和/或导通的持续时间，并且驱动信号g2等于信号SP2。

导通时间的持续时间的增加可以在10微秒和50微秒之间，或者延迟时间可以在10纳秒或50纳秒之间。

图1e表示根据本发明的用于增加功率管芯或功率模块的寿命的系统的第五示例。

在图1e的示例中，该系统包括并联连接的两个功率管芯D1和D2。

在图1e中，为了清楚起见，只示出了两个功率管芯。本发明也可应用于两个以上的功率管芯。

功率管芯可以由诸如碳化硅(SiC)和硅(Si)的不同材料和/或诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)的不同结构制成和/或具有不同尺寸(诸如10mm

功率管芯可以由功率模块代替，每个功率模块由并联的多个功率管芯制成。

通常，异质功率管芯和/或模块在并联连接时表现出不同的电热机械特性，导致不同的疲劳行为和可靠性性能。

电感器L1和L2表示负载电感器，其表示马达的负载。

对于每个功率管芯D1、D2，该系统包括温度感测装置Ts1和Ts2。

温度感测装置Ts1和Ts2是位于每个功率管芯或功率管芯的热敏电参数上或附近的温度传感器。例如，热敏电参数是功率管芯的内部栅极电阻。

温度感测装置Ts1提供功率管芯D1的温度值T1(t)。温度感测装置Ts2提供功率管芯D2的温度值T2(t)。温度T1(t)和T2(t)最终被过滤。温度值被提供给参考温度确定模块100e、减法模块122和124以及循环识别模块120。

参考温度模块100e根据温度值T1、T2以及相应的可靠性参数R1和R2分别针对每个功率管芯D1和D2确定参考温度Trefl和Tref2。

可靠性参数由可靠性确定模块110e确定。可靠性确定模块110e可以与可靠性确定模块110a、110b、110c或110d相同。

一旦可靠性参数R1和R2已知，就可以由参考温度模块100e作为参考温度的函数来估计未来的劣化率。考虑到未来温度分布的未知性质，需要平行管芯的参考温度的分布规则。温度分布规则可以采用不同的形式，例如参考温度比K1和K2可以被定义为取决于参考温度。例如：

K1＝Tref1/Tref2

K2＝Tref2/Tref2。

通过知道可靠性参数R1和R2，计算参考温度比K1和K2，例如每个功率管芯D1、D2的健康状态变量将同时达到各自的临界故障值D

因此，有利的是，所有功率管芯同时发生故障，并且使整个系统寿命最大化。

每功率管芯D1和D2的损伤表示裂纹长度或归一化到初始导线接触长度的值。

第五实现示例的目的是优化系统寿命延长，以便计算参考温度，其目的在于同时达到功率管芯的故障标准。

在两个功率管芯D1和D2的基本情况下，寿命模型可以使用巴黎定律被表示如下：

其中，ΔK

ΔK

ΔK

其中，x

此外，ΔT

为了同时达到功率管芯D1和D2的寿命结束，可以基于以下两个主要方程的解来计算两个设备的应力强度因子ΔK

其中，N1表示在其之后开始应用所提出的技术的给定循环数。N1可以在1和Nf之间选择，Nf表示功率管芯D1和/或D2故障的循环次数。必须注意的是，前两个方程给出了无穷多个解，因为有三个变量：ΔK

CF4＝max(N

为了基于ΔK

/>

最后，Tref1和Tref2可以基于前两个方程进行评估，其中：

T

T

基于ΔT

T

T

Tminl和Tmin2分别表示设备D1和D2的最低温度。它们可以是环境温度或散热器温度，例如20℃或70℃。

通过减法模块124从参考温度Tref1减去测量温度T1(t)，并且通过减法模块122从参考温度Tree2减去测量温度T2(t)。

减法模块122和124的输出被提供给选通信号控制器130。选通信号控制器130根据减法模块122和124的输出的符号来调整功率管芯D1和D2的开关延迟和/或导通时间的持续时间。

例如，如果减法模块122的输出为正，则选通控制信号130增加信号SP1的导通时间的持续时间以获得驱动信号g1和/或增加功率管芯D1的驱动信号g1的开关延迟。如果减法模块122的输出为负或零，则不修改信号SP1的开关延迟和/或导通的持续时间，并且驱动信号g1等于信号SP1。如果减法模块124的输出为正，则选通控制信号130增加信号SP2的导通时间的持续时间以获得驱动信号g2和/或增加功率管芯D2的驱动信号g2的开关延迟。如果减法模块124的输出为负或零，则不修改信号SP2的开关延迟和/或导通的持续时间，并且驱动信号g2等于信号SP2。

导通时间的持续时间的增加可以在10微秒和50微秒之间，或者延迟时间可以在10纳秒或50纳秒之间。

图2表示根据本发明的用于增加功率管芯或功率模块的寿命的系统的第六示例。

例如，该系统具有基于通过总线201连接在一起的组件和由程序控制的处理器200的架构，如图3所示。

总线201将处理器200链接到只读存储器ROM 202、随机存取存储器RAM 203和输入输出I/O IF接口205。

存储器203包含寄存器，寄存器用于接收与图3中公开的算法相关的程序的变量和指令。

只读存储器或者可能是闪存202包含与图3中公开的算法相关的程序的指令。当系统通电时，这些程序被加载到随机存取存储器203。另选地，程序也可以直接从ROM存储器202执行。

由系统执行的控制可以通过可编程计算机器(例如PC(个人计算机)、DSP(数字信号处理器)或微控制器)执行一组指令或程序而在软件中实现；或者通过诸如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)的机器或专用组件以硬件实现。

换言之，系统包括电路或包括电路的设备，使系统执行与图3中公开的算法相关的程序。

图3表示根据本发明执行的算法的示例。

本算法在由处理器200执行的示例中公开。

在步骤S30，处理器200获得功率管芯或功率模块的温度。

在步骤S31，处理器200针对每个功率管芯或功率模块，根据感测到的温度来识别温度循环。

在步骤S32，处理器200针对每个功率管芯或功率模块，根据所识别的温度循环来确定可靠性参数。

在步骤S33，处理器200针对每个功率管芯或功率模块确定参考温度。

在步骤S34，处理器200针对每个功率管芯或功率模块，从确定的功率管芯或者功率模块的参考温度中减去感测到的功率管芯或者功率模块的温度。

在步骤S35，处理器200根据减法输出的符号来调整功率管芯或功率模块的开关延迟和/或导通时间的持续时间。

当然，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对上述本发明的实施方式进行许多修改。