CN114216581A - 一种短路工况下功率器件的实时结温无损测量方法 - Google Patents
一种短路工况下功率器件的实时结温无损测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114216581A CN114216581A CN202111538206.6A CN202111538206A CN114216581A CN 114216581 A CN114216581 A CN 114216581A CN 202111538206 A CN202111538206 A CN 202111538206A CN 114216581 A CN114216581 A CN 114216581A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- under
- working condition
- short
- heating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种测量功率器件在短路工况下大电流工作时的实时结温测量方法，避免了在短路大电流的工况下，功率器件产生自升温，导致功率器件校温曲线库建立不准确的问题。首先，在给功率器件施加长脉宽的大电流，使其稳定地工作在大电流工况下；其次，通过拟合含有自升温的温度敏感参数曲线得到未产生自升温的温度敏感参数数值，使用这个数值建立该电流下的校温曲线，通过改变器件的工作电流重复以上步骤得到校温曲线库；再次，采集功率器件在短路工况下的温度敏感参数，根据校温曲线库和采集的数据可以在不破坏器件封装的情况下得出功率器件在短路工况下工作的实时结温变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种短路工况下功率器件的实时结温无损测量方法，属于电子器件测试领域。
背景技术
短路工况是在实际工程中难以避免的一种异常工况，会引起器件工作在极大的功率下产生剧烈的温升导致器件失效，在测试这个过程中的实时结温变化是分析其失效机理和预判失效条件的重要依据。
对于封装后的功率器件，很难在不破坏封装的前提下检测温度分布情况。针对这一个问题厂家多采用抽样检测的方法，即在同一批次中随机抽取几个功率器件打开封装，利用红外摄像机或者其他方法查看内部温度分布情况。首先，这种方法会破坏模块的封装。其次，功率器件价格昂贵，抽样检测带来了不小的经济损失。最后，短路工况的时间极短，一般的红外设备很难捕捉这个过程中的实时图像，对失效分析增加了较大的不确定性。
在无损测量器件结温的研究中，通过建立器件的校温曲线库和采集温度敏感参数的电学法可以较好地测量出器件的实时结温，而在短路工况下，通过的器件的电流量级很大，而一般的半导体参数测试仪达到这个稳定电流的时间较长，在这个过程中产生的自升温会导致器件的温度敏感参数与实际工况中的数值有偏差，导致校温曲线库不准确，最终导致器件的温度监测出现较大误差。
针对该问题，本专利提出一种方法简单，成本低，减小经济损失的检测方法。
发明内容
针对短路工况下功率器件的实时结温无损测量方法缺失的问题，本专利提出了一种测量方法。使用带有自升温的温度敏感参数(例如但不限于稳态压降Vce)进行拟合反推，得出消除自升温影响的文敏电学参数值，通过用户或厂家自己定义温度阈值，再采集不同短路工况下的温度敏感参数，对标校温曲线库，得出功率器件短路工况下的实时结温变化。
通过拟合自升温的温度敏感参数曲线，反推得出器件未受自升温影响时的温度敏感参数值，进而通过建立校温曲线库和采集短路过程中的温度敏感参数，通过对照校温曲线库本专利实现了不破坏封装条件下的对结温的实时监测。
使用带有自升温的温度敏感参数(例如但不限于稳态压降Vce)进行拟合反推，得出消除自升温影响的文敏电学参数值，再采集不同短路工况下的温度敏感参数，对标校温曲线库，得出功率器件短路工况下的实时结温变化。
一种短路工况下功率器件的实时结温无损测量方法，实现该测量方法的装置包括功率IGBT器件、参数测试仪、加热平台。参数测试仪用于给定功率IGBT器件不同的测试电流，并且采集短路大电流(100A以上)下对应的温度敏感参数。此处加热平台为温箱给功率IGBT升温，模拟不同温度下的情况。
步骤一：给功率IGBT器件的栅极施加恒定的电压使其保持开启状态在给功率器件施加长脉宽的Ice，使其稳定地工作在大电流工况下，采集这个过程中的Vce。
步骤二：通过拟合含有自升温的Vce曲线反推得到未产生自升温的Vce数值，
使用这个数值建立该电流下的校温曲线。
步骤三：将功率IGBT器件放置在温箱中，改变温箱温度，分别测量不同温度、
不同测试电流情况下的Vce，获得该器件在大电流工作下的校温曲线库。步骤四：给IGBT器件施加长脉冲信号，让功率IGBT器件模拟工作在短路工况下，采集这个过程中的Ice和Vce，通过校温曲线库对照得出该过程中的实时结温变化。
与现有技术相比较，本专利解决了大电流导致器件自升温引起校温曲线库不准确的问题；其次，本专利利用电学法测量温敏电参数(比如稳态压降Vce但不限于此)，对模块的封装不具有破坏性；再次，本专利实现了对短路工况下大工作电流的实时结温检测。
附图说明
图1IGBT芯片温度敏感参数(Vce)变化。
图2IGBT芯片在不同温度下的温度敏感参数(Vce)变化。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
短路工况下，器件会通过很大的电流导致器件产生高温而烧毁。在器件建立校温曲线库的过程中，器件通过大电流时，由于通电时间过长，会导致器件产生自升温，进而对温度敏感参数的测量产生偏差，目前解决该问题的办法就是通过短脉冲大电流去消除器件自升温的影响，然而在大电流的应用背景下，极短的脉冲时间无法使器件达到短路工况下所需的大电流，脉宽的宽度和电流的大小成为一对影响短路工况下测温过程的矛盾。
当器件在大电流工作的过程中，引起温度敏感参数变化的原因只有自升温，所以引起温度敏感参数变化可以通过寻找自升温对温度敏感参数的影响规律反推得出该电流下不受自升温影响的温度敏感参数值。
通过拟合自升温的温度敏感参数曲线，反推得出器件未受自升温影响时的温度敏感参数值，进而通过建立校温曲线库和采集短路过程中的温度敏感参数，通过对照校温曲线库本专利实现了不破坏封装条件下的对结温的实时监测。
使用带有自升温的温度敏感参数(例如但不限于稳态压降Vce)进行拟合反推，得出消除自升温影响的文敏电学参数值，再采集不同短路工况下的温度敏感参数，对标校温曲线库，得出功率器件短路工况下的实时结温变化。
一种短路工况下功率器件的实时结温无损测量方法，以功率IGBT器件为例，但并不局限于功率IGBT器件，各种大功率器件都可适用本专利。此例包括功率IGBT器件、参数测试仪、加热平台(例如温箱但不限于此)。参数测试仪用于给定功率IGBT器件不同的测试电流，并且采集短路大电流下对应的温度敏感参数(例如但不限于Vce)。此处加热平台为温箱(但不局限于温箱)给器件升温，模拟不同温度下的情况。
步骤一：给功率IGBT器件的栅极施加恒定的电压使其保持开启状态在给功率器件施加长脉宽的Ice，使其稳定地工作在大电流工况下，采集这个过程中的Vce。
步骤二：通过拟合含有自升温的Vce曲线反推得到未产生自升温的Vce数值，
使用这个数值建立该电流下的校温曲线。
步骤三：将功率IGBT器件放置在温箱中，改变温箱温度，分别测量不同温度、
不同测试电流情况下的Vce，获得该器件在大电流工作下的校温曲线库。步骤四：给IGBT器件施加长脉冲信号，让功率IGBT器件模拟工作在短路工况下，采集这个过程中的Ice和Vce，通过校温曲线库对照得出该过程中的实时结温变化。
图1为一个IGBT芯片在通过150A电流时的温度敏感参数变化趋势，从图中可以看出，在通电的过程中，温度敏感参数(Vce)因器件的自升温呈现了线性的抬升，通过反推即可得出该温度和该短路电流下无自升温影响的温度敏感参数(Vce)的数值。
图2为器件处在40℃、60℃、80℃、100℃、120℃下通过120A电流的温度敏感参数(Vce)变化趋势，通过本专利的方法可以反推得出不受自升温影响的不同温度下的温度敏感参数的数值，即拟合线与抬升阶段电压的交点为无自升温的理想数值，从而通过改变温度和电流建立一组校温曲线库。
Claims (2)
1.一种短路工况下功率器件的实时结温无损测量方法，实现该方法的装置包括功率IGBT器件、参数测试仪、加热平台；参数测试仪用于给定功率IGBT器件不同的测试电流，并且采集短路大电流下对应的温度敏感参数；加热平台为温箱给器件升温，模拟不同温度下的情况；
功率IGBT器件测量短路工况下的步骤如下：
步骤一：给功率IGBT器件的栅极施加恒定的电压使其保持开启状态在给功率器件施加长脉宽的Ice，使其稳定地工作在大电流工况下，采集这个过程中的Vce；
步骤二：通过拟合含有自升温的Vce曲线反推得到未产生自升温的Vce数值，使用这个数值建立该电流下的校温曲线；
步骤三：将功率IGBT器件放置在温箱中，改变温箱温度，分别测量不同温度、不同测试电流情况下的Vce，获得该器件在大电流工作下的校温曲线库；
步骤四：给IGBT器件施加长脉冲信号，让功率IGBT器件模拟工作在短路工况下，采集这个过程中的Ice和Vce，通过校温曲线库对照得出该过程中的实时结温变化。
2.根据权利要求1所述的器件短路工况下的实时结温无损测量方法，其特征在于步骤二；通过反推器件自升温过程中的温度敏感参数变化，实现大电流下的校温曲线库建立。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111538206.6A CN114216581A (zh) | 2021-12-15 | 2021-12-15 | 一种短路工况下功率器件的实时结温无损测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111538206.6A CN114216581A (zh) | 2021-12-15 | 2021-12-15 | 一种短路工况下功率器件的实时结温无损测量方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114216581A true CN114216581A (zh) | 2022-03-22 |
Family
ID=80702620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111538206.6A Pending CN114216581A (zh) | 2021-12-15 | 2021-12-15 | 一种短路工况下功率器件的实时结温无损测量方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114216581A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117647756A (zh) * | 2024-01-29 | 2024-03-05 | 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） | 功率器件短路瞬态结温测试方法、装置、设备和存储介质 |
-
2021
- 2021-12-15 CN CN202111538206.6A patent/CN114216581A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117647756A (zh) * | 2024-01-29 | 2024-03-05 | 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） | 功率器件短路瞬态结温测试方法、装置、设备和存储介质 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109188232B (zh) | 一种igbt模块状态评估与剩余寿命预测模型的构建方法 | |
| CN110376500B (zh) | 一种功率mos器件开启过程中瞬态温升在线测量方法 | |
| CN103197226B (zh) | 评价引线键合气密性封装模拟集成电路贮存寿命的方法 | |
| CN101561467B (zh) | 实时阻抗测量系统与方法 | |
| CN113219315B (zh) | 基于结温归一化的逆变器igbt老化在线监测方法及系统 | |
| CN114216581A (zh) | 一种短路工况下功率器件的实时结温无损测量方法 | |
| CN110488172A (zh) | 一种大功率igbt结温检测电路、系统及方法 | |
| CN113359000B (zh) | 一种在线老化测试装置 | |
| CN116699352B (zh) | 一种功率半导体模块高温反偏测试的测试温度确定方法 | |
| CN112098919B (zh) | 一种端子座温度越限跳闸告警功能检测方法、装置及系统 | |
| CN112945418B (zh) | 集成芯片的测温装置及测温方法 | |
| CN110398349B (zh) | 一种基于典型环境应力的有源医疗器械可靠性试验方法 | |
| CN111596195A (zh) | 一种检测二极管电路的方法和装置 | |
| CN115575795A (zh) | 电路板卡的老化测试装置及方法 | |
| CN112505526B (zh) | 一种大功率模块内部多芯片温度分布均匀性的评测方法 | |
| CN113064041A (zh) | 场效应晶体管的导通电阻测量方法及测量装置 | |
| CN107543574B (zh) | 机载传感器高温老炼试验自动检测仪及操作方法 | |
| CN105842560A (zh) | 一种继电保护类元件测试系统 | |
| CN201319063Y (zh) | 继电保护测试仪检测分析装置 | |
| JPH0774218A (ja) | Ｉｃのテスト方法およびそのプローブカード | |
| CN113884926A (zh) | 电池发热的测量系统及方法 | |
| CN211014592U (zh) | 晶圆漏电测试装置 | |
| CN108918999B (zh) | 电场敏感型智能材料响应时间测试系统及方法 | |
| CN107646168A (zh) | 用于测试光伏电池组件的晶片附接的方法 | |
| CN115078868B (zh) | 一种老化试验中器件热学参数的测试方法和装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |