基于IR與U CEON （T）的IGBT結溫測量方法對比分析
發(fā)布時間：2022-01-20 05:10
紅外（IR）探測法與小電流飽和壓降UCEON（T）法是兩種目前常用的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）結溫測量方法,兩種方法得到的結溫存在區(qū)別與聯(lián)系。針對此問題,此處首先對兩種測量方法的基本原理及技術要點進行闡述;然后對基于UCEON（T）法的測溫曲線進行標定;最后通過直流脈沖測試對兩種結溫測試結果進行對比分析。結果表明,IGBT芯片表面的溫度分布存在明顯的非均勻特性,隨著采樣點數(shù)量的逐漸增多,UCEON（T）法的溫度測量結果更加趨近于IR探測法測得的芯片表面平均溫度。
【文章來源】：電力電子技術. 2020,54(09)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：3 頁
【部分圖文】：
圖１結溫標定曲線??Ｆｉｇ．?１?Ｊｕｎｃｔｉｏｎ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅ??５８５??４５??２??４??Ｊ??０．??
ａｌｉｂｒａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅ??對圖中數(shù)據(jù)進行最小二乘法擬合，從而可得??到ｆ與ｉ／ｆｆｉＯＮ的定量關系為：??７＇＝－４２３．４４Ｕｑｂｎ＋２４１．５２?（２）??３．２兩種測溫方法的對比分析??為進一步對上述兩種測溫方法進行分析，搭??建了?ＩＧＢＴ結溫測試平臺。測試過程保持ＤＵＴ處??于常導通狀態(tài)，通過水冷板為ＤＵＴ進行散熱。并??通過Ｌａｂｖｉｅｗ控制功率電流源輸出直流脈沖序??列，在此次測試中設置電流為５?０?Ａ，加熱與冷卻??時間均為２?ｓ，測試原理及載荷如圖２所示。??０．１Ａ／／Ａ??５０?Ａ??（ｂ＞電流？荷??圖２?ＩＧＢＴ結溫測試電路與電流栽荷??Ｆｉｇ．?２?ＩＧＢＴ?ｊｕｎｃｔｉｏｎ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｔｅｓｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ａｎｄ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｌｏａｄ??１３９??２測溫原理與技術要點??２．１?ＩＲ探測法??ＩＲ探測法的基本原理是熱輻射。因此，通過??ＩＲ探測法測溫時，首先需要拆除ＩＧＢＴ模塊的封??裝外殼，并去除芯片表面的硅膠。物體ＩＲ輻射能??量的大小及其按波長的分布與物體表面溫度存在??對應關系。因此，通過測量物體自身的輻射能量，??可以計算其表面溫度｜４１。??與其他光學測溫法類似，在通過ＩＲ探測法對??ＩＧＢＴ結溫進行測量時同樣需要進行校準，其中的??一個關鍵要點是對測溫表面發(fā)射率（的統(tǒng)一。（是??指物體表面輻射出的能量與相同溫度的黑體輻射??能量的比率。對此，此處采用己知（的絕緣黑漆（（＝??０．９７）均勻噴涂ＩＧＢＴ芯片。由于附著黑漆極薄，故??可認為黑漆溫度即為芯片表面溫度。完成校準后，??將ｍ攝像儀鏡頭聚焦測溫區(qū)域，可實現(xiàn)對ＩＧ
?Ｖｏｌ．５４，?Ｎｏ．９??Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ?２０２０??通過小電流源為ＤＵＴ提供恒定的０．１?Ａ測試??電流，并對ＤＵＴ的導通壓降＾＞＾進行采集，此時??得到的數(shù)據(jù)同時包含ＤＵＴ在５０?Ａ電流等級下壓??降和Ａ下的熱敏壓降ｔ／＿．１Ａ。在測試??條件下，ｔ／ｃＥ０Ｎ５０Ａ接近２?Ｖ，而不超過１?Ｖ，??借此可通過數(shù)據(jù)篩選的方法去除的數(shù)據(jù)??點，進而通過式（２）得到ＤＵＴ的降溫曲線。??同時，按照上述的方法，在測試過程中利用高??速ＩＲ攝像儀對ＤＵＴ的結溫進行實時采集，圖３??左側為第一個脈沖結束時刻Ｇ＝３?ｓ）芯片表面的溫??度分布情況。由溫度分布云圖可知，芯片中心溫度??為７０?邊角溫度為５１．５?Ｔ。整體來看，芯片表面??的溫度分布存在顯著的不均勻性，具體表現(xiàn)為由??幾何中心向邊緣遞減的趨勢。此外，由于鍵合引線??的遮擋，也無法精確獲取完整的芯片表面溫度。為??便于與法的測量結果相對比，根據(jù)芯片??的溫度分布特點，在芯片表面設置了一系列溫度??參考點，如圖３右側所示。??圖３芯片表面溫度分布（ｔ＝３?ｓ）??Ｆｉｇ．?３?Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｎ?ｃｈｉｐ?ｓｕｒｆａｃｅ?（ｉ＝３?ｓ）??其中，點１代表芯片幾何中心位置；點２￣５代??表高溫位置；點６￣１３則代表低溫位置。分別計算??圖３右側中３個區(qū)域的平均溫度ｒ，，ｒａｖｅＩ＿５及ｒａｖｅＷ３，??并與ｔ／ｃＥｏ＾ｒ）法測得的降溫曲線７＾，進行對比，如??圖４所示。??ｔ／ｓ??圖４測溫結果的對比??Ｆｉｇ．?４?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｒｅｓｕｌｔｓ?
【參考文獻】：
期刊論文
[1]非平穩(wěn)工況下功率半導體器件結溫管理技術綜述[J]. 周雒維,王博,張益,諶思. 中國電機工程學報. 2018(08)
[2]IGBT結溫及溫度場分布探測研究[J]. 陳明,胡安,唐勇,汪波. 電力電子技術. 2011(07)
本文編號：3598231
【文章來源】：電力電子技術. 2020,54(09)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：3 頁
【部分圖文】：
圖１結溫標定曲線??Ｆｉｇ．?１?Ｊｕｎｃｔｉｏｎ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅ??５８５??４５??２??４??Ｊ??０．??
ａｌｉｂｒａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅ??對圖中數(shù)據(jù)進行最小二乘法擬合，從而可得??到ｆ與ｉ／ｆｆｉＯＮ的定量關系為：??７＇＝－４２３．４４Ｕｑｂｎ＋２４１．５２?（２）??３．２兩種測溫方法的對比分析??為進一步對上述兩種測溫方法進行分析，搭??建了?ＩＧＢＴ結溫測試平臺。測試過程保持ＤＵＴ處??于常導通狀態(tài)，通過水冷板為ＤＵＴ進行散熱。并??通過Ｌａｂｖｉｅｗ控制功率電流源輸出直流脈沖序??列，在此次測試中設置電流為５?０?Ａ，加熱與冷卻??時間均為２?ｓ，測試原理及載荷如圖２所示。??０．１Ａ／／Ａ??５０?Ａ??（ｂ＞電流？荷??圖２?ＩＧＢＴ結溫測試電路與電流栽荷??Ｆｉｇ．?２?ＩＧＢＴ?ｊｕｎｃｔｉｏｎ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｔｅｓｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ａｎｄ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｌｏａｄ??１３９??２測溫原理與技術要點??２．１?ＩＲ探測法??ＩＲ探測法的基本原理是熱輻射。因此，通過??ＩＲ探測法測溫時，首先需要拆除ＩＧＢＴ模塊的封??裝外殼，并去除芯片表面的硅膠。物體ＩＲ輻射能??量的大小及其按波長的分布與物體表面溫度存在??對應關系。因此，通過測量物體自身的輻射能量，??可以計算其表面溫度｜４１。??與其他光學測溫法類似，在通過ＩＲ探測法對??ＩＧＢＴ結溫進行測量時同樣需要進行校準，其中的??一個關鍵要點是對測溫表面發(fā)射率（的統(tǒng)一。（是??指物體表面輻射出的能量與相同溫度的黑體輻射??能量的比率。對此，此處采用己知（的絕緣黑漆（（＝??０．９７）均勻噴涂ＩＧＢＴ芯片。由于附著黑漆極薄，故??可認為黑漆溫度即為芯片表面溫度。完成校準后，??將ｍ攝像儀鏡頭聚焦測溫區(qū)域，可實現(xiàn)對ＩＧ
?Ｖｏｌ．５４，?Ｎｏ．９??Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ?２０２０??通過小電流源為ＤＵＴ提供恒定的０．１?Ａ測試??電流，并對ＤＵＴ的導通壓降＾＞＾進行采集，此時??得到的數(shù)據(jù)同時包含ＤＵＴ在５０?Ａ電流等級下壓??降和Ａ下的熱敏壓降ｔ／＿．１Ａ。在測試??條件下，ｔ／ｃＥ０Ｎ５０Ａ接近２?Ｖ，而不超過１?Ｖ，??借此可通過數(shù)據(jù)篩選的方法去除的數(shù)據(jù)??點，進而通過式（２）得到ＤＵＴ的降溫曲線。??同時，按照上述的方法，在測試過程中利用高??速ＩＲ攝像儀對ＤＵＴ的結溫進行實時采集，圖３??左側為第一個脈沖結束時刻Ｇ＝３?ｓ）芯片表面的溫??度分布情況。由溫度分布云圖可知，芯片中心溫度??為７０?邊角溫度為５１．５?Ｔ。整體來看，芯片表面??的溫度分布存在顯著的不均勻性，具體表現(xiàn)為由??幾何中心向邊緣遞減的趨勢。此外，由于鍵合引線??的遮擋，也無法精確獲取完整的芯片表面溫度。為??便于與法的測量結果相對比，根據(jù)芯片??的溫度分布特點，在芯片表面設置了一系列溫度??參考點，如圖３右側所示。??圖３芯片表面溫度分布（ｔ＝３?ｓ）??Ｆｉｇ．?３?Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｎ?ｃｈｉｐ?ｓｕｒｆａｃｅ?（ｉ＝３?ｓ）??其中，點１代表芯片幾何中心位置；點２￣５代??表高溫位置；點６￣１３則代表低溫位置。分別計算??圖３右側中３個區(qū)域的平均溫度ｒ，，ｒａｖｅＩ＿５及ｒａｖｅＷ３，??并與ｔ／ｃＥｏ＾ｒ）法測得的降溫曲線７＾，進行對比，如??圖４所示。??ｔ／ｓ??圖４測溫結果的對比??Ｆｉｇ．?４?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｒｅｓｕｌｔｓ?
【參考文獻】：
期刊論文
[1]非平穩(wěn)工況下功率半導體器件結溫管理技術綜述[J]. 周雒維,王博,張益,諶思. 中國電機工程學報. 2018(08)
[2]IGBT結溫及溫度場分布探測研究[J]. 陳明,胡安,唐勇,汪波. 電力電子技術. 2011(07)
本文編號：3598231
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3598231.html
教材專著
