基于IR与U CEON （T）的IGBT结温测量方法对比分析
发布时间：2022-01-20 05:10
红外（IR）探测法与小电流饱和压降UCEON（T）法是两种目前常用的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）结温测量方法,两种方法得到的结温存在区别与联系。针对此问题,此处首先对两种测量方法的基本原理及技术要点进行阐述;然后对基于UCEON（T）法的测温曲线进行标定;最后通过直流脉冲测试对两种结温测试结果进行对比分析。结果表明,IGBT芯片表面的温度分布存在明显的非均匀特性,随着采样点数量的逐渐增多,UCEON（T）法的温度测量结果更加趋近于IR探测法测得的芯片表面平均温度。
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(09)北大核心CSCD
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
图１结温标定曲线??Ｆｉｇ．?１?Ｊｕｎｃｔｉｏｎ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅ??５８５??４５??２??４??Ｊ??０．??
ａｌｉｂｒａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅ??对图中数据进行最小二乘法拟合，从而可得??到ｆ与ｉ／ｆｆｉＯＮ的定量关系为：??７＇＝－４２３．４４Ｕｑｂｎ＋２４１．５２?（２）??３．２两种测温方法的对比分析??为进一步对上述两种测温方法进行分析，搭??建了?ＩＧＢＴ结温测试平台。测试过程保持ＤＵＴ处??于常导通状态，通过水冷板为ＤＵＴ进行散热。并??通过Ｌａｂｖｉｅｗ控制功率电流源输出直流脉冲序??列，在此次测试中设置电流为５?０?Ａ，加热与冷却??时间均为２?ｓ，测试原理及载荷如图２所示。??０．１Ａ／／Ａ??５０?Ａ??（ｂ＞电流？荷??图２?ＩＧＢＴ结温测试电路与电流栽荷??Ｆｉｇ．?２?ＩＧＢＴ?ｊｕｎｃｔｉｏｎ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｔｅｓｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ａｎｄ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｌｏａｄ??１３９??２测温原理与技术要点??２．１?ＩＲ探测法??ＩＲ探测法的基本原理是热辐射。因此，通过??ＩＲ探测法测温时，首先需要拆除ＩＧＢＴ模块的封??装外壳，并去除芯片表面的硅胶。物体ＩＲ辐射能??量的大小及其按波长的分布与物体表面温度存在??对应关系。因此，通过测量物体自身的辐射能量，??可以计算其表面温度｜４１。??与其他光学测温法类似，在通过ＩＲ探测法对??ＩＧＢＴ结温进行测量时同样需要进行校准，其中的??一个关键要点是对测温表面发射率（的统一。（是??指物体表面辐射出的能量与相同温度的黑体辐射??能量的比率。对此，此处采用己知（的绝缘黑漆（（＝??０．９７）均匀喷涂ＩＧＢＴ芯片。由于附着黑漆极薄，故??可认为黑漆温度即为芯片表面温度。完成校准后，??将ｍ摄像仪镜头聚焦测温区域，可实现对ＩＧ
?Ｖｏｌ．５４，?Ｎｏ．９??Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ?２０２０??通过小电流源为ＤＵＴ提供恒定的０．１?Ａ测试??电流，并对ＤＵＴ的导通压降＾＞＾进行采集，此时??得到的数据同时包含ＤＵＴ在５０?Ａ电流等级下压??降和Ａ下的热敏压降ｔ／＿．１Ａ。在测试??条件下，ｔ／ｃＥ０Ｎ５０Ａ接近２?Ｖ，而不超过１?Ｖ，??借此可通过数据筛选的方法去除的数据??点，进而通过式（２）得到ＤＵＴ的降温曲线。??同时，按照上述的方法，在测试过程中利用高??速ＩＲ摄像仪对ＤＵＴ的结温进行实时采集，图３??左侧为第一个脉冲结束时刻Ｇ＝３?ｓ）芯片表面的温??度分布情况。由温度分布云图可知，芯片中心温度??为７０?边角温度为５１．５?Ｔ。整体来看，芯片表面??的温度分布存在显著的不均匀性，具体表现为由??几何中心向边缘递减的趋势。此外，由于键合引线??的遮挡，也无法精确获取完整的芯片表面温度。为??便于与法的测量结果相对比，根据芯片??的温度分布特点，在芯片表面设置了一系列温度??参考点，如图３右侧所示。??图３芯片表面温度分布（ｔ＝３?ｓ）??Ｆｉｇ．?３?Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｎ?ｃｈｉｐ?ｓｕｒｆａｃｅ?（ｉ＝３?ｓ）??其中，点１代表芯片几何中心位置；点２￣５代??表高温位置；点６￣１３则代表低温位置。分别计算??图３右侧中３个区域的平均温度ｒ，，ｒａｖｅＩ＿５及ｒａｖｅＷ３，??并与ｔ／ｃＥｏ＾ｒ）法测得的降温曲线７＾，进行对比，如??图４所示。??ｔ／ｓ??图４测温结果的对比??Ｆｉｇ．?４?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｒｅｓｕｌｔｓ?
【参考文献】：
期刊论文
[1]非平稳工况下功率半导体器件结温管理技术综述[J]. 周雒维,王博,张益,谌思. 中国电机工程学报. 2018(08)
[2]IGBT结温及温度场分布探测研究[J]. 陈明,胡安,唐勇,汪波. 电力电子技术. 2011(07)
本文编号：3598231
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(09)北大核心CSCD
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
图１结温标定曲线??Ｆｉｇ．?１?Ｊｕｎｃｔｉｏｎ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅ??５８５??４５??２??４??Ｊ??０．??
ａｌｉｂｒａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅ??对图中数据进行最小二乘法拟合，从而可得??到ｆ与ｉ／ｆｆｉＯＮ的定量关系为：??７＇＝－４２３．４４Ｕｑｂｎ＋２４１．５２?（２）??３．２两种测温方法的对比分析??为进一步对上述两种测温方法进行分析，搭??建了?ＩＧＢＴ结温测试平台。测试过程保持ＤＵＴ处??于常导通状态，通过水冷板为ＤＵＴ进行散热。并??通过Ｌａｂｖｉｅｗ控制功率电流源输出直流脉冲序??列，在此次测试中设置电流为５?０?Ａ，加热与冷却??时间均为２?ｓ，测试原理及载荷如图２所示。??０．１Ａ／／Ａ??５０?Ａ??（ｂ＞电流？荷??图２?ＩＧＢＴ结温测试电路与电流栽荷??Ｆｉｇ．?２?ＩＧＢＴ?ｊｕｎｃｔｉｏｎ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｔｅｓｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ａｎｄ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｌｏａｄ??１３９??２测温原理与技术要点??２．１?ＩＲ探测法??ＩＲ探测法的基本原理是热辐射。因此，通过??ＩＲ探测法测温时，首先需要拆除ＩＧＢＴ模块的封??装外壳，并去除芯片表面的硅胶。物体ＩＲ辐射能??量的大小及其按波长的分布与物体表面温度存在??对应关系。因此，通过测量物体自身的辐射能量，??可以计算其表面温度｜４１。??与其他光学测温法类似，在通过ＩＲ探测法对??ＩＧＢＴ结温进行测量时同样需要进行校准，其中的??一个关键要点是对测温表面发射率（的统一。（是??指物体表面辐射出的能量与相同温度的黑体辐射??能量的比率。对此，此处采用己知（的绝缘黑漆（（＝??０．９７）均匀喷涂ＩＧＢＴ芯片。由于附着黑漆极薄，故??可认为黑漆温度即为芯片表面温度。完成校准后，??将ｍ摄像仪镜头聚焦测温区域，可实现对ＩＧ
?Ｖｏｌ．５４，?Ｎｏ．９??Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ?２０２０??通过小电流源为ＤＵＴ提供恒定的０．１?Ａ测试??电流，并对ＤＵＴ的导通压降＾＞＾进行采集，此时??得到的数据同时包含ＤＵＴ在５０?Ａ电流等级下压??降和Ａ下的热敏压降ｔ／＿．１Ａ。在测试??条件下，ｔ／ｃＥ０Ｎ５０Ａ接近２?Ｖ，而不超过１?Ｖ，??借此可通过数据筛选的方法去除的数据??点，进而通过式（２）得到ＤＵＴ的降温曲线。??同时，按照上述的方法，在测试过程中利用高??速ＩＲ摄像仪对ＤＵＴ的结温进行实时采集，图３??左侧为第一个脉冲结束时刻Ｇ＝３?ｓ）芯片表面的温??度分布情况。由温度分布云图可知，芯片中心温度??为７０?边角温度为５１．５?Ｔ。整体来看，芯片表面??的温度分布存在显著的不均匀性，具体表现为由??几何中心向边缘递减的趋势。此外，由于键合引线??的遮挡，也无法精确获取完整的芯片表面温度。为??便于与法的测量结果相对比，根据芯片??的温度分布特点，在芯片表面设置了一系列温度??参考点，如图３右侧所示。??图３芯片表面温度分布（ｔ＝３?ｓ）??Ｆｉｇ．?３?Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｎ?ｃｈｉｐ?ｓｕｒｆａｃｅ?（ｉ＝３?ｓ）??其中，点１代表芯片几何中心位置；点２￣５代??表高温位置；点６￣１３则代表低温位置。分别计算??图３右侧中３个区域的平均温度ｒ，，ｒａｖｅＩ＿５及ｒａｖｅＷ３，??并与ｔ／ｃＥｏ＾ｒ）法测得的降温曲线７＾，进行对比，如??图４所示。??ｔ／ｓ??图４测温结果的对比??Ｆｉｇ．?４?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｒｅｓｕｌｔｓ?
【参考文献】：
期刊论文
[1]非平稳工况下功率半导体器件结温管理技术综述[J]. 周雒维,王博,张益,谌思. 中国电机工程学报. 2018(08)
[2]IGBT结温及温度场分布探测研究[J]. 陈明,胡安,唐勇,汪波. 电力电子技术. 2011(07)
本文编号：3598231
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