CN102749152A - 一种基于mosfet测量结温的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于MOSFET测量结温的方法及其装置，用于测量器件在规定环境温度下和规定工作条件下的结温，所述器件包括一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端和一第二输出端，方法包括如下步骤：获取初始电压；获取规定工作条件下第一输出端对第二输出端上消耗的功率；对第二输出端和第一输出端施加与上步相等的功率；获取终测电压；计算器件在所述规定环境温度下和所述规定工作条件下的结温。本发明的技术方案属于无损伤结温测试，可以有效的避免器件自身时间延时对测试准确度的影响，可测量器件任意工作环境下真实结温，实施方法简单、易行、适合工程应用并且对测试设备依赖程度较低。

Description

一种基于MOSFET测量结温的方法及其装置

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种基于MOSFET测量结温的方法及其装置。

背景技术

通常直流固体继电器或固态功率控制器等器件均采用MOSFET作为输出功率器件，这类器件一般采用变压器或光电器件隔离，分为单层结构或多层结构，气密或非气密封装。这种器件的不足之处是在于它对温度很敏感，温度每升高10℃器件可靠性降低约1倍，在一定的工作条件下（如55℃～125℃），可能会导致器件烧毁。于是，现有技术中已经研制出多种结温测量技术，用于评估器件热特性，保证器件在全工作温度范围内可靠应用。

目前已得到应用的结温测量技术中，有些采用红外微辐射仪测量，有些利用器件自身温敏参数采用占空系数不小于99%的加热功率间断测量，有些利用靠近器件的温敏器件进行测量，可起到较好的测量作用，但仍然存在一定的缺陷：

1.红外微辐射仪测量要求去掉封装壳体上盖，暴露出有源芯片，在芯片有源区涂一薄层（25μm～50μm）已知高辐射系数（ε>0.8），又是低导热的材料，要求测试时无明显的环境影响，测试局限性大、成本高，属于破坏性试验，难以满足多层结构或非气密封装产品测试；

2.采用加热功率间断测量，要求测试时间小于100μs或50μs，施加功率往往高于器件额定功率，控温散热装置和安装布局较为复杂，测试可操作性较差，具有一定的破坏性，难以满足器件自身延时时间较长（如50μs或100μs以上）的产品测试；

3.利用靠近器件的温敏器件进行测量，测得的温度仅为器件近似结温，准确度较低，且需要在器件内部单独安装温敏器件，或者在生产制造中单独装配，增加器件复杂程度，或者去掉封装后再装配，局限性很大，测试精度较低，实施困难。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提出一种基于MOSFET测量结温的方法,用于测量器件在规定环境温度下和规定工作条件下的结温，所述器件包括一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端和一第二输出端，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在所述规定的环境温度下对所述第二输出端和所述第一输出端施加电流，记为测试电流，记录所述第二输出端对所述第一输出端的电压，记为初始电压；

S2、撤销所述测试电流，对所述第一输入端、所述第二输入端、所述第一输出端和所述第二输出端施加所述规定工作条件，记录所述第一输出端和所述第二输出端的电流，记录所述第一输出端对所述第二输出端的电压，计算所述第一输出端对所述第二输出端上消耗的功率；

S3、撤销对所述第一输入端、所述第二输入端、所述第一输出端和所述第二输出端施加的所述规定工作条件，对所述第二输出端和所述第一输出端施加与步骤S2中所述功率相等的功率；

S4、当器件稳定工作到预设的规定时间时，对所述第二输出端和所述第一输出端施加的电流改为所述测试电流，记录所述第二输出端对所述第一输出端的电压，记为终测电压；

S5、依据所述规定环境温度、所述初始电压和所述终测电压计算所述器件在所述规定环境温度下并且在所述规定工作条件下的结温。

进一步地，步骤S5中所述计算器件在所述规定环境温度下和所述规定工作条件下的结温的方法为：所述终测电压减去所述初始电压后，除以已知的所述第二输出端对所述第一输出端温度变化率，所得温度加上所述规定环境温度。

或者，步骤S5替换为:对所述器件施加与所述规定环境温度不同的环境温度，对所述第二输出端和所述第一输出端施加所述测试电流，若所述第二输出端对所述第一输出端的电压等于所述终测电压，则该该施加的环境温度即为器件在所述规定环境温度下和所述规定工作条件下的结温。

进一步地，步骤S1中所述施加电流不小于1mA且不大于10mA。

进一步地，所述器件为基于MOSFET作为输出功率器件的单向输出的固体继电器或固态功率控制器。

本发明还提出一种基于MOSFET测量结温的装置，用于测量器件在规定环境温度下和规定工作条件下的结温，所述器件包括一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端和一第二输出端，其特征在于，包括：

初始电压测定模块，用于获取初始电压，具体包括：在所述规定的环境温度下对所述第二输出端和所述第一输出端施加电流，记为测试电流，所述第二输出端对所述第一输出端的电压即为所述初始电压；

功耗测定模块，用于获取对所述第一输入端、所述第二输入端、所述第一输出端和所述第二输出端施加所述规定工作条件时所述第一输出端对所述第二输出端上消耗的功率；

反向等功耗施加模块，用于对所述第二输出端和所述第一输出端施加与功耗测定模块所述功率相等的功率；

最终结电压测定模块，用于获取终测电压，具体包括：器件稳定工作到预设的规定时间，对所述第二输出端和所述第一输出端施加的电流改为所述测试电流，记录所述第二输出端对所述第一输出端的电压即为所述终测电压；

结温计算模块，用于依据所述规定环境温度、所述初始电压和所述终测电压计算所述器件在所述规定环境温度下并且在所述规定工作条件下的结温。

进一步地，结温计算模块中所述计算器件在所述规定环境温度下和所述规定工作条件下的结温具体包括：所述终测电压减去所述初始电压后，除以已知的所述第二输出端对所述第一输出端温度变化率，所得温度加上所述规定环境温度。

或者，所述结温计算模块替换为结温探测模块，用于依据不同的环境温度探测所述器件在所述规定环境温度下并且在所述规定工作条件下的结温，具体包括:对所述器件施加与所述规定环境温度不同的环境温度，对所述第二输出端和所述第一输出端施加所述测试电流，若所述第二输出端对所述第一输出端的电压与所述终测电压相等，则该施加的环境温度即为器件在所述规定环境温度下并且在所述规定工作条件下的结温。

进一步地，所述初始电压测定模块中所述施加电流不小于1mA且不大于10mA。

进一步地，所述器件为基于MOSFET作为输出功率器件的单向输出的固体继电器或固态功率控制器。

本发明所述的基于MOSFET测量结温的方法及其装置的有益技术效果如下：

1.属于无损伤结温测试；

2.可以有效的避免器件自身时间延时对测试准确度的影响；

3.可测量器件任意工作环境下真实结温；

4.实施方法简单、易行、适合工程应用；

5.对测试设备依赖程度较低。

附图说明

图1是本发明实施例一所述器件的装置原理框图；

图2是本发明实施例一所述基于MOSFET测量结温的方法流程图；

图3是本发明实施例二所述基于MOSFET测量结温的装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

本实施例所述基于MOSFET测量结温的方法用于测量器件在规定环境温度下和规定工作条件下的结温，所述器件包括一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端和一第二输出端，所述器件可为直流固体继电器或固态功率控制器等，所述器件均采用MOSFET作为输出功率器件。

图1是本实施例所述的器件原理框图，如图1所示，所述器件包括：输入电路，隔离器件，MOSFET驱动电路和MOSFET，所述隔离器件一般采用变压器或光电器件，所述MOSFET为N沟道增强型MOSFET，所述第一输入端为端口11，所述第二输入端为端口12，所述第一输出端为端口13，所述第二输出端为端口14。

图2是本发明实施例一所述基于MOSFET测量结温的方法流程图，如图2所示，具体步骤如下：

S201、对端口14和端口13施加测试电流I1，记录端口14对端口13的电压U1，记为初始电压；

待测器件在规定的环境温度下，采用1mA～10mA恒流源作为测试电流I1，与第二输出端14和第一输出端13串联，测试并记录第二输出端14对第一输出端13间电压，得到初始电压U1。

S202撤销测试电流I1对四个端口施加规定工作条件，计算端口13对端口14上消耗的功率W1；

撤销恒流源，对第一输入端11、第二输入端12、第一输出端13和第二输出端14施加规定工作条件，测试流经第一输出端13和第二输出端14的电流，测试第一输出端13对第二输出端14压降，第一输出端13对第二输出端14上消耗的功率W1即为所述电流与所述电压的乘积。

S203撤销工作条件，对端口14和端口13施加功率W1；

撤销对第一输入端11和第二输入端12，第一输出端13和第二输出端14施加的规定工作条件，对第二输出端14和第一输出端13施加与第一输出端13对第二输出端14相等的功率，其中电流包括两部分，分别为作为测试电流的恒流源电流和功率施加电流。

S204、当器件稳定工作到预设的规定时间时，将施加的电流改为测试电流I1，记录端口14对端口13的电压U2；

稳定工作预设的规定时间后，撤销功率施加电流，此时测试并记录第二输出端14对第一输出端13电压，得到的电压记为终测电压。

S205、计算器件在该规定环境温度下和该规定工作条件下的结温。

依据所述终测电压、所述初始电压、已知的第二输出端对第一输出端温度变化率和所述规定的环境温度计算所述器件在规定环境温度下和规定工作条件下的结温。

所述终测电压减去所述初始电压后，除以已知的第二输出端对第一输出端温度变化率，所得温度加上所述规定的环境温度即为器件规定工作条件下结温。

或者，利用Mosfet的特性，对所述器件施加与所述规定环境温度不同的环境温度，对所述第二输出端和所述第一输出端施加所述测试电流，若所述第二输出端对所述第一输出端的电压等于所述终测电压，则该该施加的环境温度即为器件在所述规定环境温度下和所述规定工作条件下的结温，上述方法是一个不断迭代和试探的过程，为了提高探测效率，所述施加的环境温度初始设置成比所述规定环境温度高的温度，尽量为该规定的工作条件下的估计结温，后面的试探值依据实际电压与终测电压的差值调整。

实施例二

本实施例所述基于MOSFET测量结温的装置用于测量器件在规定环境温度下和规定工作条件下的结温，所述器件包括一N沟道增强型MOSFET、一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端和一第二输出端，所述器件为直流固体继电器或固态功率控制器等器件均采用MOSFET作为输出功率器件。

图3是本发明实施例二所述基于MOSFET测量结温的装置结构图，如图3所示，本实施例所述基于MOSFET测量结温的装置包括如下模块：

初始电压测定模块301，用于获取初始电压，条件为：在所述规定的环境温度下对所述第二输出端和所述第一输出端施加电流，记为测试电流，所述第二输出端对所述第一输出端的电压即为所述初始电压；

待测器件在规定的环境温度下，采用1mA～10mA恒流源作为测试电流I1，与第二输出端14和第一输出端13串联，测试并记录第二输出端14对第一输出端13间电压，得到初始电压U1。

功耗测定模块302，用于获取对所述第一输入端、所述第二输入端、所述第一输出端和所述第二输出端施加所述规定工作条件时所述第一输出端对所述第二输出端上消耗的功率；

撤销恒流源，对第一输入端11、第二输入端12、第一输出端13和第二输出端14施加规定工作条件，测试流经第一输出端13和第二输出端14的电流，测试第一输出端13对第二输出端14压降，第一输出端13对第二输出端14上消耗的功率W1即为所述电流与所述电压的乘积。

反向等功耗施加模块303，用于对所述第二输出端和所述第一输出端施加与功耗测定模块所述功率相等的功率；

撤销对第一输入端11和第二输入端12，第一输出端13和第二输出端14施加的规定工作条件，对第二输出端14和第一输出端13施加与第一输出端13对第二输出端14相等的功率，其中电流包括两部分，分别为作为测试电流的恒流源电流和功率施加电流。

最终结电压测定模块304，用于获取终测电压，条件为：器件稳定工作到预设的规定时间，对所述第二输出端和所述第一输出端施加的电流改为所述测试电流，记录所述第二输出端对所述第一输出端的电压即为所述终测电压；

稳定工作到预设的规定时间后，撤销功率施加电流，此时测试并记录第二输出端14对第一输出端13电压，得到的电压记为终测电压。

结温计算模块305，用于计算器件在所述规定环境温度下和所述规定工作条件下的结温，条件为：所述终测电压减去所述初始电压后，除以已知的所述第二输出端对所述第一输出端温度变化率，所得温度加上所述规定的环境温度。

依据所述终测电压、所述初始电压、已知的第二输出端对第一输出端温度变化率和所述规定的环境温度计算所述器件在规定环境温度下和规定工作条件下的结温。

所述终测电压减去所述初始电压后，除以已知的第二输出端对第一输出端温度变化率，所得温度加上所述规定的环境温度即为器件规定工作条件下结温。

或者，利用Mosfet的特性，对所述器件施加与所述规定环境温度不同的环境温度，对所述第二输出端和所述第一输出端施加所述测试电流，若所述第二输出端对所述第一输出端的电压等于所述终测电压，则该该施加的环境温度即为器件在所述规定环境温度下和所述规定工作条件下的结温，上述方法是一个不断迭代和试探的过程，为了提高探测效率，所述施加的环境温度初始设置成比所述规定环境温度高的温度，尽量为该规定的工作条件下的估计结温，后面的试探值依据实际电压与终测电压的差值调整。

本发明实施例一所述的基于MOSFET测量结温的方法和本发明实施例二所述的基于MOSFET测量结温的装置用于无损伤结温测试，可以有效的避免器件自身时间延时对测试准确度的影响，可测量器件任意工作环境下真实结温，实施方法简单、易行、适合工程应用并且对测试设备依赖程度较低。

以上实施例提供的技术方案中的全部或部分内容可以通过软件编程实现，其软件程序存储在可读取的存储介质中，存储介质例如：计算机中的硬盘、光盘或软盘。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于MOSFET测量结温的方法，用于测量器件在规定环境温度下和规定工作条件下的结温，所述器件包括一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端和一第二输出端，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在所述规定的环境温度下对所述第二输出端和所述第一输出端施加电流，记为测试电流，记录所述第二输出端对所述第一输出端的电压，记为初始电压；

S2、撤销所述测试电流，对所述第一输入端、所述第二输入端、所述第一输出端和所述第二输出端施加所述规定工作条件，记录所述第一输出端和所述第二输出端的电流，记录所述第一输出端对所述第二输出端的电压，计算所述第一输出端对所述第二输出端上消耗的功率；

S3、撤销对所述第一输入端、所述第二输入端、所述第一输出端和所述第二输出端施加的所述规定工作条件，对所述第二输出端和所述第一输出端施加与步骤S2中所述功率相等的功率；

S4、当器件稳定工作到预设的规定时间时，对所述第二输出端和所述第一输出端施加的电流改为所述测试电流，记录所述第二输出端对所述第一输出端的电压，记为终测电压；

S5、依据所述规定环境温度、所述初始电压和所述终测电压计算所述器件在所述规定环境温度下并且在所述规定工作条件下的结温。

2.如权利要求1所述的基于MOSFET测量结温的方法，其特征在于，步骤S5中所述计算器件在所述规定环境温度下和所述规定工作条件下的结温的方法为：所述终测电压减去所述初始电压后，除以已知的所述第二输出端对所述第一输出端温度变化率，所得温度加上所述规定环境温度。

3.如权利要求1所述的基于MOSFET测量结温的方法，其特征在于，步骤S5替换为:对所述器件施加与所述规定环境温度不同的环境温度，对所述第二输出端和所述第一输出端施加所述测试电流，若所述第二输出端对所述第一输出端的电压等于所述终测电压，则该该施加的环境温度即为器件在所述规定环境温度下和所述规定工作条件下的结温。

4.如权利要求2或3所述的基于MOSFET测量结温的方法，其特征在于，步骤S1中所述施加电流不小于1mA且不大于10mA。

5.如权利要求4所述的基于MOSFET测量结温的方法，其特征在于，所述器件为基于MOSFET作为输出功率器件的单向输出的固体继电器或固态功率控制器。

6.一种基于MOSFET测量结温的装置，用于测量器件在规定环境温度下和规定工作条件下的结温，所述器件包括一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端和一第二输出端，其特征在于，包括：

初始电压测定模块，用于获取初始电压，具体包括：在所述规定的环境温度下对所述第二输出端和所述第一输出端施加电流，记为测试电流，所述第二输出端对所述第一输出端的电压即为所述初始电压；

功耗测定模块，用于获取对所述第一输入端、所述第二输入端、所述第一输出端和所述第二输出端施加所述规定工作条件时所述第一输出端对所述第二输出端上消耗的功率；

反向等功耗施加模块，用于对所述第二输出端和所述第一输出端施加与功耗测定模块所述功率相等的功率；

最终结电压测定模块，用于获取终测电压，具体包括：器件稳定工作到预设的规定时间，对所述第二输出端和所述第一输出端施加的电流改为所述测试电流，记录所述第二输出端对所述第一输出端的电压即为所述终测电压；

结温计算模块，用于依据所述规定环境温度、所述初始电压和所述终测电压计算所述器件在所述规定环境温度下并且在所述规定工作条件下的结温。

7.如权利要求6所述的基于MOSFET测量结温的装置，其特征在于，结温计算模块中所述计算器件在所述规定环境温度下和所述规定工作条件下的结温具体包括：所述终测电压减去所述初始电压后，除以已知的所述第二输出端对所述第一输出端温度变化率，所得温度加上所述规定环境温度。

8.如权利要求6所述的基于MOSFET测量结温的装置，其特征在于，所述结温计算模块替换为结温探测模块，用于依据不同的环境温度探测所述器件在所述规定环境温度下并且在所述规定工作条件下的结温，具体包括:对所述器件施加与所述规定环境温度不同的环境温度，对所述第二输出端和所述第一输出端施加所述测试电流，若所述第二输出端对所述第一输出端的电压与所述终测电压相等，则该施加的环境温度即为器件在所述规定环境温度下并且在所述规定工作条件下的结温。

9.如权利要求7或8所述的基于MOSFET测量结温的装置，其特征在于，所述初始电压测定模块中所述施加电流不小于1mA且不大于10mA。

10.如权利要求9所述的基于MOSFET测量结温的装置，其特征在于，所述器件为基于MOSFET作为输出功率器件的单向输出的固体继电器或固态功率控制器。

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