<meter id="pryje"><nav id="pryje"><delect id="pryje"></delect></nav></meter>
          <label id="pryje"></label>

          新聞中心

          EEPW首頁(yè) > 電源與新能源 > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 功率器件熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(六)——瞬態(tài)熱測(cè)量

          功率器件熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(六)——瞬態(tài)熱測(cè)量

          作者: 時(shí)間:2024-12-03 來(lái)源:英飛凌 收藏

          / 前言 /

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202412/465158.htm

          功率半導(dǎo)體熱設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)IGBT、碳化硅SiC高功率密度的基礎(chǔ),只有掌握功率半導(dǎo)體的熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí),才能完成精確熱設(shè)計(jì),提高的利用率,降低系統(tǒng)成本,并保證系統(tǒng)的可靠性。

          熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)系列文章會(huì)比較系統(tǒng)地講解熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí),相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和工程測(cè)量方法。

          確定熱阻抗曲線

          測(cè)量原理——R th /Z th 基礎(chǔ):

          IEC 60747-9即GB/T 29332半導(dǎo)體器件分立器件第9部分:絕緣柵雙極晶體管(IGBT)(等同采用)中描述了測(cè)量的基本原理。確定熱阻抗的方法如圖1所示。恒定功率P 由加載的電流產(chǎn)生,并達(dá)到穩(wěn)定結(jié)溫T 。關(guān)閉加載電流,記錄器件的降溫過(guò)程。

          熱阻R th(x-y) 是兩個(gè)溫度T x0 和T y0 在t=0時(shí)(達(dá)到熱平衡,結(jié)溫穩(wěn)定時(shí))的差值除以P 。

          熱模型升溫和降溫是對(duì)稱的,關(guān)斷時(shí)刻的溫度減去降溫曲線就是升溫曲線,而關(guān)斷時(shí)刻的起始溫度T J0 精確獲得是關(guān)鍵。

          實(shí)際計(jì)算隨時(shí)間變化的熱阻抗Z th(x-y) (t),記錄的溫度曲線需要垂直鏡像,并移動(dòng)到坐標(biāo)系的原點(diǎn)。然后將T (t)和T (t)的差值除以P 求得Z th(x-y) (t)。

          圖一:熱阻抗測(cè)量方法

          為了確定冷卻階段的結(jié)溫,模塊將施加一個(gè)測(cè)量小電流(I ref 約為1/1000 Inom),并記錄由此產(chǎn)生的IGBT的飽和壓降或二極管的正向電壓。結(jié)溫T j(t) 可借助標(biāo)定曲線從測(cè)量的飽和壓降或正向電壓中確定T =f(V CE /V @I ref )。其反函數(shù)曲線V CE /V =f(T @I ref ) (見(jiàn)圖二)是通過(guò)外部均勻加熱被測(cè)模塊的方式提前定標(biāo)記錄下來(lái)的。

          圖二:標(biāo)定曲線示例,通過(guò)測(cè)量規(guī)定測(cè)量電流下的飽和電壓來(lái)確定結(jié)溫

          圖三:3.3kV 140x190mm2模塊外殼溫度T 和散熱器溫度T 以及傳感器位置示例

          外殼溫度T 和散熱器溫度T 是通過(guò)熱電偶測(cè)定的。這是它們分別與模塊底板和散熱器接觸的位置(見(jiàn)圖三,左側(cè))。在這兩種情況下,熱電偶投影軸心位于每塊芯片的中心(見(jiàn)圖三,右側(cè))。

          th /Z th 測(cè)量的挑戰(zhàn)和優(yōu)化

          模塊的瞬態(tài)熱阻最小為1毫秒,單管是1us,而且給出單脈沖和不同占空比下的值,這如何測(cè)量的呢?

          在冷卻階段開(kāi)始時(shí),就需要精確測(cè)量以確定準(zhǔn)確的T 和T 。需要指出的是,關(guān)斷后,由于小的時(shí)間常數(shù),很短的時(shí)間會(huì)導(dǎo)致T vj 發(fā)生很大變化,因此這是一個(gè)非常重要的測(cè)量時(shí)間段。另一方面,此時(shí)也會(huì)出現(xiàn)振蕩,給測(cè)量帶來(lái)很大困難,見(jiàn)圖四。小于某個(gè)截止時(shí)間t cut 的所有時(shí)間點(diǎn)上的數(shù)據(jù)不可以用,但在此時(shí)間間隔內(nèi)的溫度變化ΔT (t cut )又很重要,好在對(duì)于短時(shí)間t,在?T (t)和時(shí)間t的平方根存在幾乎線性的關(guān)系,可以用于推算出T J0 ,見(jiàn)圖五。

          圖四:降溫曲線 4)

          因?yàn)?,?duì)于均質(zhì)材料的"半無(wú)限"散熱器板(即表面積無(wú)限大的板--確保垂直于表面的一維熱流--厚度無(wú)限大),其表面以恒定的功率密度P /A加熱,當(dāng)加熱功率開(kāi)啟/關(guān)閉時(shí),表面溫度隨加熱/冷卻時(shí)間的平方根線性上升/下降。

          c、ρ和λ別是板材料的比熱、密度和導(dǎo)熱系數(shù)。

          圖五:確定初始結(jié)溫T J0 =T (t=0 

          應(yīng)用指南AN2015-10提到了目前正在使用一種改進(jìn)的測(cè)量系統(tǒng)(見(jiàn)圖六)。

          圖六:優(yōu)化的模擬/數(shù)字測(cè)量設(shè)備

          隨著技術(shù)和產(chǎn)品的進(jìn)步,重新制定了R th /Z th 測(cè)量方法和仿真方法。通過(guò)使用新的測(cè)量設(shè)備,現(xiàn)在可以更精確地確定IGBT模塊的R th /Z th 值 3) 。

          圖七對(duì)此進(jìn)行了簡(jiǎn)化描述。與以前的測(cè)量系統(tǒng)"A"相比,修改后的測(cè)量系統(tǒng)"B"在 t =0時(shí)T 和T 之間的差值更大。如圖一所示,這一溫差與熱阻R th 成正比,同時(shí)也會(huì)影響熱阻抗Z th 。

          圖七:比較原測(cè)量系統(tǒng)(A)與改進(jìn)后的測(cè)量系統(tǒng)(B)

          熱阻抗與溫度有關(guān)

          由于模塊的熱力學(xué)行為,外殼和散熱器之間的熱阻抗(Z thCH 和Z thJH )與溫度有關(guān)。模塊經(jīng)過(guò)優(yōu)化,可最高效地把熱傳導(dǎo)至散熱器,以適應(yīng)半導(dǎo)體使用的典型高工作溫度。因此,數(shù)據(jù)手冊(cè)條件僅反映高溫運(yùn)行工況,如果模塊在較低的外殼溫度下運(yùn)行,用戶應(yīng)自行測(cè)量特定熱阻抗,可能會(huì)顯著增加。

          小結(jié)

          1

          瞬態(tài)熱阻一般是用降溫曲線測(cè)得的,這樣,溫度敏感參數(shù)(TSP)就不會(huì)受到加熱電壓或加熱電流的干擾,在測(cè)量過(guò)程中也無(wú)需控制加熱功率。雖然不推薦使用加熱曲線,但如果在加熱脈沖時(shí)間內(nèi)加熱功率P 恒定,且能保證不與芯片上的獨(dú)立TSP器件發(fā)生電氣串?dāng)_,則原則上也可使用加熱曲線 4) 。

          2

          數(shù)據(jù)手冊(cè)中的Z thCH 和Z thJH ,是高溫下的值,在器件殼溫低時(shí)候,需要考慮數(shù)值是否變大 3) 。

          3

          額外的收獲是,通過(guò)公式1,可以計(jì)算出芯片的有效面積 4) ,由于芯片有效面積是知道的,可以用來(lái)驗(yàn)證測(cè)試值。



          評(píng)論


          相關(guān)推薦

          技術(shù)專區(qū)

          關(guān)閉
          看屁屁www成人影院,亚洲人妻成人图片,亚洲精品成人午夜在线,日韩在线 欧美成人 (function(){ var bp = document.createElement('script'); var curProtocol = window.location.protocol.split(':')[0]; if (curProtocol === 'https') { bp.src = 'https://zz.bdstatic.com/linksubmit/push.js'; } else { bp.src = 'http://push.zhanzhang.baidu.com/push.js'; } var s = document.getElementsByTagName("script")[0]; s.parentNode.insertBefore(bp, s); })();