SiC基功率器件温升无损检测技术及其应用的研究的开题报告.docx

SiC基功率器件温升无损检测技术及其应用的研究的开题报告
一、选题背景及意义
随着现代社会对节能、环保、高效等要求的不断提升，功率电子器件在能源转换过程中起着至关重要的作用。其中，硅碳化物(SiC)基功率器件以其具有极高的耐高温、抗辐照等特性，被广泛应用于节能和新能源领域，成为功率电子领域的研究热点之一。然而，在SiC基功率器件的使用过程中，由于其工作环境复杂，其真实状态往往难以获取，给设备的维护和管理带来了不小的困难。而SiC基功率器件的温升是直接关系到其安全可靠性的重要参数之一，因此对其温升进行无损检测，既可以实现对设备的实时监测，又有助于提高设备的安全性能。
二、研究现状
目前，对SiC基功率器件的温升无损检测研究主要有两类方法，一类是基于热成像原理的检测方法，如红外热成像法、微波热成像法、近场热辐射检测法等；另一类是基于电性能反馈的检测方法，如电磁感应法、电感法、热释电法等。
其中，基于热成像原理的检测方法可以通过测量器件表面温度的变化来推算器件内部温度的变化，实现对器件的无损检测。这种方法具有检测速度快、面积广等优点，但需要检测器件的表面温度存在较大的温度梯度，因此对器件材料的热导率和热容等特性要求较高。
而基于电性能反馈的检测方法，则是通过检测电路中的电性能参数变化，来推算得到器件的温升参数。这种方法具有精度高、检测灵敏度高等优点，但同时需要检测器件的电性能参数变化较大。
三、研究内容及研究方法
本研究将基于热成像原理开展SiC基功率器件温升无损检测的研究。具体内容包括：
1、构建SiC基功率器件的温升检测系统。系统主要由红外热像仪、离线数据处理器、数据采集器、温升模拟器等组成。红外热像仪用于在不接触器件的情况下，通过测量器件表面温度的变化来推算器件内部温度的变化；而离线数据处理器、数据采集器则用于将图像数据进行数字化处理和存储，实现对数据的后续分析；温升模拟器则用于模拟SiC基功率器件的温度变化情况，为后续实验提供基础数据。
2、建立SiC基功率器件温升模型。根据温升模拟器的模拟数据，建立SiC基功率器件温升模型，为后续实验提供重要的理论依据。同时，通过较为精细的实验设计和数据处理，提高模型的精确度和稳定性。
3、实时监测SiC基功率器件的温升。采用红外热像仪实时监测SiC基功率器件的温升状态，通过数据处理和分析，提取出器件的温升变化趋势，以及检测系统的误差等关键参数，并将监测数据反馈到操作员界面，以便工程师对设备进行更加精准的调控和维护。
四、预期成果
本研究将通过构建SiC基功率器件的温升检测系统，建立SiC基功率器件温升模型，实现对SiC基功率器件的温升无损检测，预期成果具体包括：
1、建立SiC基功率器件温升模型，为后续实验提供理论依据。
2、设计构建适于实际应用的SiC基功率器件温升无损检测系统，并具备较高的检测精度和稳定性。
3、验证检测系统和模型的可靠性和有效性，为SiC基功率器件的运行提供有效的监测和维护手段，提高设备的安全性和可靠性。
五、研究难点及解决途径
SiC基功率器件作为新型的功率电子器件，其性能特性、优缺点和应用相对于传统器件有很大的差异，因此在建立其温升模型、构建无损检测系统时存在诸多难题，其中包括：
1、温度数据的准确获得。SiC基功率器件的温度变化具有时空分布性，红外热像仪的检测精度和测量范围受到制约，如何准确地获得温度变化数据是本研究的一个难点。
解决途径：在实验设计中，加强对器件的放置和定位，以提高温度数据的准确性；同时结合模型的建立，将红外热像仪采集到的数据与模型进行校准，以进一步提高数据的准确性和可靠性。
2、温升模型的精确构建。SiC基功率器件的温升模型必须精确地反映器件的物理特性和工作状态，以实现对器件温度变化的追踪和预测，如何精确地构建出温升模型也是本研究的一个难点。
解决途径：在建立温升模型时，利用有限元数值分析方法，结合SiC基功率器件的材料特性、电子物理特性等多种因素，建立复杂精细的温升模型，以精确地模拟SiC基功率器件的温度变化情况。
六、时间安排及资金预算
本研究的时间要求为两年，其中第一年主要集中在温升模型的建立和优化、无损检测系统的设计和构建等方面；第二年则主要围绕实验测试和数据处理展开。
近年来，我国对于科学研究和技术发展给予了越来越多的资金支持，根据本研究的需要，预计每年的经费需求为200万元，共计400万元。其中，主要用于仪器设备购置、实验材料费用以及人力、差旅等费用的支付。