CN103364739A - 一种开关电源中开关管的结点温升测试方法 - Google Patents

一种开关电源中开关管的结点温升测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种开关电源中开关管的结点温升测试方法，涉及电力电子测试技术领域。其中，所述开关电源中开关管的结点温升测试方法，包括：将温度探头固定在开关管表壳并将采集到的器件表面温度Tc；使用高精度电压探头，电流探头利用示波器获取开关管单周期内电压、电流波形的抓取，并自动生成功率损耗曲线，获取耗散功率Ploss；根据实际测量中对开关周期、Pon波形、Poff波形的抓取，获取完成表壳至结点的温升ΔTj；获取开关管结点温度Tj；将开关管结点温度Tj值与降额后的标准温度范围对比得出结果。采用本发明不但可以使得使测试数据更加准确、详实，测试数据更具权威性，而且还有利于样机测试阶段测试结果的判定，也有利于产品的可靠性分析。

Description

一种开关电源中开关管的结点温升测试方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种开关电源中开关管的结点温升测试方法。
背景技术
对于开关电源中关键器件的温升试验是CMTBF试验的一部分，温升数据的准确与否影响到了开关电源产品设计的可靠性。作为主回路中功率器件的开关管，主要用在PFC电路和功率变换电路中，开关管的类型主要有MOSFET(绝缘栅场效应管)和BJT(双极结型晶体管)，二者的使用原理和形式基本一致。如何判断开关管器件是否满足所应用电路的实际电环境和热环境，是电源硬件测试中重要的一项。
开关管结点温度(Tj)工作范围是指开关管能稳定工作的温度范围，描述对象是开关管中PN结结点温度，测量结点温度的理想方法是在离PN结结点足够近的地方检测器件温度，其意义在于当开关管稳态工作时流过半导体结点的电流而产生的热量，经结点材料扩散至器件表面及外部。由于器件封装缘故，在不损坏开关管完整性的前提下，该值无法由热检测设备直接测量，因此测量方法引起的误差也决定了电源设计中电路、可靠性分析、设计成本等一系列相关因素的偏差。
例如：现有测试的过程中，需要的测量设备包括：温度探头(热偶)、温度采样器、电脑(通过串口直连，可选)。实施试验的环境温度：设计规范书定义的产品最高工作温度。试验整机输入输出条件：输入上、下限/额定满载。测量结果的选取和判定方法：将温度探头固定在开关管表壳并将采集到的器件表面温度近似为器件结点温度；将采集到的温度与降额后的标准温度范围对比得出结果，即采集温度在温度范围以内，表示器件在当前环境下使用是安全的，反之则不安全。开关管的温度降额通常在85％-90％之间，根据客户要求稍有差异。
在实现上述开关电源中开关管的结点温升测试过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
将开关管表面测量温度以近似方式作为结点温度，良好地回避了结点温度测量的技术困难，节省了测试时间和资源。但明显的缺点是结点温度测量值为估算值，与真实值相比较小，且依据不同电路，误差值大小有所不同，难以作为标准，测量方法也不无科学依据，从而使得现有测试方法测量误差较大，且不利于产品的可靠性分析。
发明内容
本发明的实施例提供一种开关电源中开关管的结点温升测试方法。为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种开关电源中开关管的结点温升测试方法，该方法包括：
将温度探头固定在开关管表壳并将采集到的器件表面温度Tc；使用高精度电压探头，电流探头利用示波器获取开关管单周期内电压、电流波形的抓取，并自动生成功率损耗曲线，获取耗散功率Ploss；根据实际测量中对开关周期、Pon波形、Poff波形的抓取，获取完成表壳至结点的温升ΔTj；获取开关管结点温度Tj；将开关管结点温度Tj值与降额后的标准温度范围对比得出结果。
本发明实施例提供的一种开关电源中开关管的结点温升测试方法，通过将温度探头固定在开关管表壳并将采集到的器件表面温度Tc；使用高精度电压探头，电流探头利用示波器获取开关管单周期内电压、电流波形的抓取，并自动生成功率损耗曲线，获取耗散功率Ploss；根据实际测量中对开关周期、Pon波形、Poff波形的抓取，获取完成表壳至结点的温升ΔTj；获取开关管结点温度Tj；将开关管结点温度Tj值与降额后的标准温度范围对比得出结果。采用本发明不但可以使得使测试数据更加准确、详实，测试数据更具权威性，而且还有利于样机测试阶段测试结果的判定，也有利于产品的可靠性分析。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种开关电源中开关管的结点温升测试方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例提供的一种开关电源中开关管的结点温升测试方法进行详细描述。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种开关电源中开关管的结点温升测试方法流程图；该测试方法所采用的测量设备包括：温度探头(热偶)、温度采样器、数字荧光示波器(高精度电压探头：精度0.1％以上，电流探头：精度1％以上)、电脑(通过串口直连，可选)。实施试验的环境温度：设计规范书定义的产品最高工作温度。试验整机输入输出条件：输入上、下限/额定满载。
101：将温度探头固定在开关管表壳并将采集到的器件表面温度Tc；
102：使用高精度电压探头，电流探头利用示波器获取开关管单周期内电压、电流波形的抓取，并自动生成功率损耗曲线，获取耗散功率Ploss；
103：根据实际测量中对开关周期、Pon波形、Poff波形的抓取，获取完成表壳至结点的温升ΔTj；
104：获取开关管结点温度Tj；
所述开关管结点温度的计算公式有：
Tj＝Tc+ΔTj                        (1)
其中，Tj为开关管结点温度；Tc为开关管封装表壳测量温度；ΔTj为表壳至结点的温升。公式(1)的意义是在任意条件下，开关管的结点温度可以分解为表壳温度和结点至表壳温升两部分加成。
ΔTj＝Ploss*Rth-c；                (2)
公式(2)中：Ploss为开关管工作中的耗散功率；Rth-c为开关管表壳至结点的热阻值。
公式(2)的意义是表壳至结点的温升等于耗散功率与热阻值的乘积，开关管器件的热阻值通常分为结点至表壳热阻值、结点至环境热阻值两种，分别描述器件在有散热片接触和无散热片接触工作状态下得热阻，因为大功率开关电源中主开关管都固定在散热片上，因此取前一热阻值。该值可在器件参数书中查到。
Ploss＝Psteady+Pon+Poff        (3)
公式(3)中，Psteady为开关管稳态时的功耗，Pon为开关管导通瞬间的功耗，Poff为开关管关闭瞬间的功耗。
公式(3)的意义是根据开关电源中开关管的工作原理，耗散功率可由以上三个值之和得出。
105：将开关管结点温度Tj值与降额后的标准温度范围对比得出结果，即Tj在降额后的标准温度范围以内，计合格，反之则不合格。开关管的温度降额通常在85％-90％之间，根据客户要求稍有差异。
本发明实施例提供的一种开关电源中开关管的结点温升测试方法，通过将温度探头固定在开关管表壳并将采集到的器件表面温度Tc；使用高精度电压探头，电流探头利用示波器获取开关管单周期内电压、电流波形的抓取，并自动生成功率损耗曲线，获取耗散功率Ploss；根据实际测量中对开关周期、Pon波形、Poff波形的抓取，获取完成表壳至结点的温升ΔTj；获取开关管结点温度Tj；将开关管结点温度Tj值与降额后的标准温度范围对比得出结果。采用本发明不但可以使得使测试数据更加准确、详实，测试数据更具权威性，而且还有利于样机测试阶段测试结果的判定，也有利于产品的可靠性分析。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括如下步骤：(方法的步骤)，所述的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种开关电源中开关管的结点温升测试方法，其特征在于，包括：
将温度探头固定在开关管表壳并将采集到的器件表面温度Tc；使用高精度电压探头，电流探头利用示波器获取开关管单周期内电压、电流波形的抓取，并自动生成功率损耗曲线，获取耗散功率Ploss；根据实际测量中对开关周期、Pon波形、Poff波形的抓取，获取完成表壳至结点的温升ΔTj；获取开关管结点温度Tj；将开关管结点温度Tj值与降额后的标准温度范围对比得出结果。
2.根据权利要求1所述的开关电源中开关管的结点温升测试方法，其特征在于，所述开关管结点温度的计算公式有：
Tj＝Tc+ΔTj；其中，Tj为开关管结点温度；Tc为开关管封装表壳测量温度；ΔTj为表壳至结点的温升。
3.根据权利要求2所述的开关电源中开关管的结点温升测试方法，其特征在于，上述公式中ΔTj＝Ploss*Rth-c；
其中：Ploss为开关管工作中的耗散功率；Rth-c为开关管表壳至结点的热阻值；
所述开关工作中的耗散功率Ploss＝Psteady+Pon+Poff；
其中，Psteady为开关管稳态时的功耗，Pon为开关管导通瞬间的功耗，Poff为开关管关闭瞬间的功耗。
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