JPH0735813A - 熱抵抗測定装置 - Google Patents

熱抵抗測定装置

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JPH0735813A
JPH0735813A JP5202581A JP20258193A JPH0735813A JP H0735813 A JPH0735813 A JP H0735813A JP 5202581 A JP5202581 A JP 5202581A JP 20258193 A JP20258193 A JP 20258193A JP H0735813 A JPH0735813 A JP H0735813A
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JP
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power
voltage
thermal resistance
mosfet
drain terminal
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JP5202581A
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English (en)
Inventor
Koichi Furusawa
光一 古澤
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Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 MOSFET素子を2個使用した交流・直流
両用の無接点リレーの熱抵抗を測定することができる熱
抵抗測定装置を提供する。 【構成】 MOSFET2のソース・ドレイン間の寄生
ダイオード4に順方向検出電流を流し、そのとき寄生ダ
イオード4にかかる順方向電圧を測定する。その後、M
OSFET2,12のゲート・ソース間に電圧をかけて
リレー1をオンさせ、MOSFET2のドレイン端子か
らMOSFET12のドレイン端子にパワーを印加す
る。その後、再び、順方向検出電流を流し、寄生ダイオ
ード4にかかる順方向電圧を測定する。パワー印加前後
の順方向電圧差に基づき、熱抵抗を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、MOSFET等の半導
体素子の熱抵抗を測定する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、図13に示すようなMOSF
ET素子単体について、その熱抵抗を測定する測定器が
ある。この測定器による測定要領を図14(a)(b)
(c)に示す。測定器は、MOSFETのゲート、ドレ
イン、ソース用の接続端子を有し、図14では測定器を
模式的に表わしており、実際にはMOSFET52のソ
ース・ドレイン間寄生ダイオード54にかかる電圧を測
定する回路とパワー印加回路の切替えスイッチ等が供え
られている。
【0003】測定要領は、まず、図14(a)に示すよ
うに、MOSFET52のソース・ドレイン間寄生ダイ
オード54にかかる電圧を測定した後、(b)に示すよ
うに、ドレイン・ソース間にパワーを印加する。その
後、再び、(c)に示すように、ソース・ドレイン間寄
生ダイオード54にかかる電圧を測定する。これらの測
定データから、熱抵抗値を算出する。被測定対象のMO
SFET52にパワーを印加するときは、ドレイン・ソ
ース間電圧VDSとドレイン電流ID を設定して電力量W
を一定にするため、MOSFET52のゲート・ソース
間電圧VGSを変化させてMOSFET52のオン抵抗を
変化させていた。また、定常状態での熱抵抗を測定する
場合には、予め十分に長いパワー印加時間を設定し、そ
の時間だけパワーを印加して、熱抵抗を測定していた。
なお、パワー印加時の電力値を自由に設定できるように
なったものがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のごと
く従来の測定法では、ドレイン電流ID を設定値とする
ために、ゲート・ソース間電圧VGSを実使用時より下
げ、MOSFETのオン抵抗を高くして制御しているた
め、実使用と同じ条件での測定がなされていない。ちな
みに、MOSFETのしきい値(MOSFETがオンす
る時にゲートにかける必要最小限の電圧)は、通常2〜
4V程度で、実使用時はこれより十分高い電圧をかけて
オンさせる。それに対して、従来の測定器では、このし
きい値2〜4V付近の電圧をかけてMOSFETを半分
オンさせて、オン抵抗を高くすることによってドレイン
電流ID の値を設定値に合わせようとしているので、実
使用時とは異なる状態での測定となっていた。また、従
来の方法では、MOSFET52の許容電流が何アンペ
アであるかを直接測定することができず、パワー印加の
設定値が大き過ぎるといったことがあり、そのような場
合は、素子を破壊してしまう。
【0005】また、MOSFET素子を2個使用した無
接点リレーの熱抵抗を測定する場合は、従来の測定器で
は、2個のMOSFET素子両方にパワーをかけて熱抵
抗を測定することができないので、正確に放熱を評価す
ることができず、従って、正確な熱抵抗値を求めること
が困難であった。
【0006】さらには、デバイスによって必要最小限の
パワー印加時間が異なるので、定常状態に至る前に熱抵
抗を測定したり、逆にパワー印加時間が長すぎて時間の
無駄になったりすることがあった。また、従来の測定器
では、パワー印加前後の電圧差を表示するだけであるの
で、熱抵抗値を求めるには、電力値を記憶しておく必要
があり、計算の手間を要した。
【0007】本発明は、上述した問題点を解決するもの
で、実使用上と同じ条件でパワーを印加して、正確に熱
抵抗を測定することができる熱抵抗測定装置を提供する
ことを目的とする。さらに、本発明は、熱抵抗測定に際
して、定常状態になった時点、もしくは、MOSFET
素子の温度が設定値を越えた時点で、パワーの印加を自
動的に停止させ、素子を破壊することのない熱抵抗測定
装置を提供することを目的とする。また、MOSFET
素子を2個使用した交流・直流両用の無接点リレーの熱
抵抗を実使用時と同じ条件で評価して正確に熱抵抗を測
定することができる熱抵抗測定装置を提供することを目
的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1の発明は、MOSFET素子単体のドレイン
・ソース間にパワーを印加する前と後に、MOSFET
素子単体のソース・ドレイン間寄生ダイオードに順方向
検出電流を流し、その順方向電圧の差から該MOSFE
T素子単体のジャンクション温度上昇値及び熱抵抗を測
定する装置において、定電流回路によりドレイン・ソー
ス間に一定電流を流してパワーを印加し、定電圧回路に
よりゲート・ソース間に一定電圧を印加する熱抵抗測定
装置である。請求項2の発明は、パワー印加中に、ドレ
イン・ソース間電圧を定期的にサンプリングして、その
変化量または変化率が設定値以下または未満になったと
きにパワー印加を自動的に停止する請求項1記載の熱抵
抗測定装置である。請求項3の発明は、パワー印加中、
定期的にごく短時間パワーの印加を中断し、その中断中
にソース・ドレイン間寄生ダイオードに順方向検出電流
を流し、その順方向電圧をモニタし、この電圧が設定値
以下または未満になったときにパワー印加を自動的に停
止する請求項1記載の熱抵抗測定装置である。
【0009】請求項4の発明は、パワー印加中、定期的
にごく短時間パワーの印加を中断し、その中断中にソー
ス・ドレイン間寄生ダイオードに順方向検出電流を流
し、その順方向電圧をモニタし、その電圧を予め測定し
ておいたダイオード順方向電圧の温度特性式に当てはめ
ることによって、MOSFET素子単体のジャンクショ
ン温度を計算する請求項1記載の熱抵抗測定装置であ
る。請求項5の発明は、パワー印加前とパワー印加後と
のソース・ドレイン間寄生ダイオードの順方向電圧の差
を、予め測定しておいたダイオード順方向電圧の温度特
性式に当てはめることによって、該ダイオードの温度上
昇値を計算する請求項1記載の熱抵抗測定装置である。
請求項6の発明は、ダイオードの温度上昇値を、パワー
印加を停止する直前の印加電力値で除算して、ジャンク
ションと雰囲気間の熱抵抗値を算出する請求項5記載の
熱抵抗測定装置である。
【0010】請求項7の発明は、MOSFET素子を2
個用いた無接点リレーにおける該MOSFET素子の熱
抵抗を測定する装置において、該無接点リレーにパワー
を印加する前と後のジャンクション温度の差から、該M
OSFET素子の熱抵抗を測定する熱抵抗測定装置であ
る。請求項8の発明は、一方のMOSFET素子のドレ
イン端子から他方のMOSFET素子のドレイン端子に
パワーを印加する前と後に、少なくともいずれか一方の
MOSFET素子のソース・ドレイン間寄生ダイオード
に順方向検出電流を流し、その順方向電圧の差から該M
OSFET素子の熱抵抗を測定する請求項7記載の熱抵
抗測定装置である。請求項9の発明は、一方のMOSF
ET素子のドレイン端子から他方のMOSFET素子の
ドレイン端子にパワーを印加する前と後に、一方のMO
SFET素子のドレイン端子と他方のMOSFET素子
のドレイン端子との間に検出電流を流し、その電圧の差
から該MOSFET素子の熱抵抗を測定する請求項7記
載の熱抵抗測定装置である。
【0011】請求項10の発明は、一方のMOSFET
素子のドレイン端子と他方のMOSFET素子のドレイ
ン端子との間に定電流回路により一定電流を流すことに
より、リレーにパワーを印加し、ゲート・ソース間に定
電圧回路により一定電圧を印加する請求項7乃至9のい
ずれかに記載の熱抵抗測定装置である。請求項11の発
明は、パワー印加中に、一方のMOSFET素子のドレ
イン端子と他方のMOSFET素子のドレイン端子との
間の電圧を定期的にサンプリングして、その変化量もし
くは変化率が設定値以下または未満になったときにパワ
ー印加を自動的に停止する請求項7乃至10のいずれか
に記載の熱抵抗測定装置である。請求項12の発明は、
パワー印加中、定期的にごく短時間パワーの印加を中断
し、その中断中に少なくともいずれか一方のMOSFE
T素子の寄生ダイオードに順方向検出電流を流し、その
順方向電圧をモニタし、この電圧が設定値以下または未
満になったときにパワー印加を自動的に停止する請求項
7または8記載の熱抵抗測定装置である。
【0012】請求項13の発明は、パワー印加中、定期
的にごく短時間パワーの印加を中断し、その中断中に一
方のMOSFET素子のドレイン端子と他方のMOSF
ET素子のドレイン端子との間に検出電流を流し、その
ときの電圧をモニタし、この電圧が設定値以上になった
ときにパワー印加を自動的に停止する請求項7または8
記載の熱抵抗測定装置である。請求項14の発明は、パ
ワー印加中、定期的にごく短時間パワーの印加を中断
し、その中断中に少なくともいずれか一方のMOSFE
T素子の寄生ダイオードに順方向検出電流を流し、その
順方向電圧をモニタするか、または、一方のMOSFE
T素子のドレイン端子と他方のMOSFET素子のドレ
イン端子との間に検出電流を流し、そのときの電圧をモ
ニタし、それらのモニタされた電圧から、MOSFET
素子のジャンクション温度を計算する請求項7乃至9の
いずれかに記載の熱抵抗測定装置である。請求項15の
発明は、パワー印加前とパワー印加後との、少なくとも
いずれか一方のMOSFET素子のソース・ドレイン間
寄生ダイオード順方向電圧の差、または、一方のMOS
FET素子のドレイン端子と他方のMOSFET素子の
ドレイン端子との間の電圧差を、予め測定しておいた電
圧の温度特性式に当てはめることによって、該ダイオー
ドの温度上昇値を計算する請求項7乃至9のいずれかに
記載の熱抵抗測定装置である。
【0013】請求項16の発明は、ダイオードの温度上
昇値を、パワー印加を停止する直前の印加電力値で除算
して、ジャンクションと雰囲気間の熱抵抗値を算出する
請求項15記載の熱抵抗測定装置である。請求項17の
発明は、光結合素子によって入力側と出力側とが絶縁さ
れ、出力側にMOSFET素子を2個用いた無接点リレ
ーを使用し、この無接点リレーの熱抵抗を測定する熱抵
抗測定装置である。請求項18の発明は、一方のMOS
FET素子のドレイン端子から他方のMOSFET素子
のドレイン端子にパワーを印加する前後に、一方のMO
SFET素子のドレイン端子と他方のMOSFET素子
のドレイン端子との間に検出電流を流し、その電圧を測
定する請求項17記載の熱抵抗測定装置である。
【0014】請求項19の発明は、定電流回路により一
定電流を、一方のMOSFET素子のドレイン端子と他
方のMOSFET素子のドレイン端子との間に流すこと
により、パワーを印加し、定電圧回路により入力端子間
に一定電圧を印加する請求項17又は18記載の熱抵抗
測定装置である。請求項20の発明は、パワー印加中
に、一方のMOSFET素子のドレイン端子と他方のM
OSFET素子のドレイン端子との間の電圧を定期的に
サンプリングして、その変化量又は変化率が設定値以下
又は未満になったときにパワー印加を自動的に停止する
請求項17乃至19のいずれかに記載の熱抵抗測定装置
である。請求項21の発明は、パワー印加中、定期的に
ごく短時間パワーの印加を中断し、その中断中に一方の
MOSFET素子のドレイン端子と他方のMOSFET
素子のドレイン端子との間に検出電流を流し、その電圧
をモニタし、この電圧が設定値以上になったときにパワ
ー印加を自動的に停止する請求項17乃至19のいずれ
かに記載の熱抵抗測定装置である。
【0015】請求項22の発明は、パワー印加中、定期
的にごく短時間パワーの印加を中断し、その中断中に一
方のMOSFET素子のドレイン端子と他方のMOSF
ET素子のドレイン端子との間に検出電流を流し、その
電圧をモニタし、この電圧を予め測定しておいた両ドレ
イン間電圧の温度特性式に当てはめることによって、M
OSFET素子のジャンクション温度を計算する請求項
17乃至19のいずれかに記載の熱抵抗測定装置であ
る。請求項23の発明は、パワー印加前とパワー印加後
との、一方のMOSFET素子のドレイン端子と他方の
MOSFET素子のドレイン端子との間に流した検出電
流の電圧差を、予め測定しておいた両ドレイン間電圧の
温度特性式に当てはめることによって、MOSFET素
子のジャンクション温度上昇値を計算する請求項17乃
至19のいずれかに記載の熱抵抗測定装置である。請求
項24の発明は、MOSFET素子の温度上昇値を、パ
ワー印加を停止する直前の印加電力値で除算して、ジャ
ンクションと雰囲気間の熱抵抗値を算出する請求項23
記載の熱抵抗測定装置である。
【0016】請求項25の発明は、定電流回路により一
定電流をダイオードのアノード・カソード間に流してパ
ワーを印加する前と後に、アノード・カソード間に流し
た検出電流によるアノード・カソード間電圧の差から、
該ダイオードの熱抵抗を測定する熱抵抗測定装置におい
て、パワー印加中に、アノード・カソード間電圧を定期
的にサンプリングして、その変化量または変化率が設定
値以下または未満になったときにパワー印加を停止する
ようにした熱抵抗測定装置である。請求項26の発明
は、パワー印加中、定期的にごく短時間パワーの印加を
中断し、その中断中にアノード・カソード間に順方向検
出電流を流し、その順方向電圧をモニタし、この電圧が
設定値以下または未満になったときにパワー印加を自動
的に停止する請求項25に記載の熱抵抗測定装置であ
る。
【0017】
【作用】請求項1乃至6の構成によれば、MOSFET
素子単体のゲート・ソース間電圧を一定にした状態で熱
抵抗を測定するので、MOSFET素子単体を実際に使
用する場合と同じ条件で熱抵抗を測定することができ、
正確な測定値が得られる。
【0018】請求項7乃至16の構成によれば、MOS
FET素子を2個用いた無接点リレーのジャンクション
温度を求めた後、この無接点リレーの両MOSFET素
子にパワーを印加し、その後、再びジャンクション温度
を求める。パワー印加前後のジャンクション温度の差か
ら、MOSFET素子の熱抵抗が測定される。このよう
に、2個のMOSFET素子両方にパワーを印加するこ
とにより、実際に使用するときと同じ条件で熱抵抗を測
定することができ、正確な測定値が得られる。請求項1
7乃至24の構成によれば、光結合素子によって入力側
と出力側とが絶縁され、出力側にMOSFET素子を2
個用いた無接点リレーについても、上記と同様に、正確
な熱抵抗値が得られる。
【0019】請求項25,26の構成によれば、ダイオ
ードのアノード・カソード間に検出電流を流して電圧を
測定した後、パワーを印加し、定常状態になった時点で
パワーの印加が自動的に停止され、再び検出電流を流し
て電圧を測定する。パワー印加前後の電圧差から、ダイ
オードの熱抵抗が測定される。このように、定常状態に
なったときにパワー印加が自動的に停止されるので、時
間の無駄なく正確な値が得られる。
【0020】
【実施例】以下、本発明を具体化した第1実施例(請求
項7〜16に対応)について図1乃至図3を参照して説
明する。図1は交流・直流両用の無接点リレーのMOS
FET部分1の回路図である。無接点リレーは2個のM
OSFET2,12で構成され、この無接点リレーは量
産プロセスの途中段階又は熱抵抗測定のためのサンプル
であって、この無接点リレーからはゲート端子(G)、
ソース端子(S)及び2つのドレイン端子(D1,D
2)が出ている。それに対応するように、熱抵抗測定装
置には、ゲート端子、ソース端子及び2つのドレイン端
子の4つの端子が設けられている。この熱抵抗測定装置
を用いて、無接点リレーの熱抵抗を測定する手順を図2
を参照して説明する。(a)に示すように、電源3によ
ってMOSFET2のソース・ドレイン間の寄生ダイオ
ード4に順方向検出電流を流し、そのとき寄生ダイオー
ド4にかかる順方向電圧VF1を電圧計5により測定す
る。その後、(b)に示すように、電源7によってMO
SFET2,12のゲート・ソース間に電圧をかけてリ
レーをオンさせ、電源8によってMOSFET2のドレ
イン端子からMOSFET12のドレイン端子にパワー
を印加する。
【0021】このとき、電流計6により測定されるドレ
イン電流ID が一定になるように電源8の電圧VDDを変
化させて両ドレイン端子間にパワーを印加する。電源7
によってMOSFET2,12のゲート・ソース間にか
ける電圧VGSは、常に一定に保たれている。その後、パ
ワー印加を停止する直前の印加電力値(ID ×VDD)を
メモリしておいて、パワー印加を停止し、再び、(c)
に示すように、電源3によってMOSFET2のソース
・ドレイン間の寄生ダイオード4に順方向検出電流を流
し、そのとき寄生ダイオード4にかかる順方向電圧VF2
を電圧計5により測定する。
【0022】図3に示すように、順方向電圧VF とMO
SFETのジャンクション温度との関係を予め求めてお
く。この関係は温度が上昇するにつれ、順方向電圧VF
が減少するような関係である。この関係と、上述のよう
な手順で測定したパワー印加前後の順方向電圧VF1,V
F2の差とから、MOSFET2,12のジャンクション
温度上昇値を算出する。このジャンクション温度上昇値
を、メモリしておいたパワー印加停止直前の印加電力値
(ID ×VDD)で除算して、ジャンクションと雰囲気間
の熱抵抗値θjaを算出し、表示する。この熱抵抗値θ
jaを算出する式は次式のようになる。 θja=K×(VF2−VF1)/(ID ×VDD) ただし、Kは順方向電圧VF とジャンクション温度との
比例定数である。なお、パワー印加前後において、検出
電流を流すのは、MOSFET2のソース・ドレイン間
の寄生ダイオード4に限られず、MOSFET12のソ
ース・ドレイン間の寄生ダイオード14であってもよ
い。
【0023】次に、第2実施例(請求項17〜24に対
応)について図4乃至図6を参照して説明する。図4は
光結合素子によって入力側と出力側とが絶縁された無接
点リレー21を示す。無接点リレー21の入力側には、
電圧が印加されることにより発光する発光素子31が設
けられている。一方、無接点リレー21の出力側は、発
光素子31からの光を受光する受光素子33と、2個の
MOSFET22,32と、MOSFET22,32を
駆動させるMOSFET駆動回路23とで構成される。
MOSFET22,32からは、それぞれドレイン端子
(D1,D2)が出ている。
【0024】この無接点リレー21の熱抵抗を測定する
手順を図5を参照して説明する。(a)に示すように、
電源24により発光素子31に電圧が印加されること
で、発光素子31が発光され、この光が受光素子33に
おいて受光される。このとき、MOSFET駆動回路2
3によってMOSFET22,32のゲート・ソース間
に電圧がかかりリレー21がオンする。電源27によっ
て両MOSFET22,32のドレイン端子間に検出電
流を流し、そのとき両MOSFET22,32のドレイ
ン間にかかる電圧VDD1 を電圧計25により測定する。
その後、(b)に示すように、電源28によってMOS
FET22のドレイン端子からMOSFET32のドレ
イン端子にパワーを印加する。このとき、電流計26に
より測定されるドレイン電流ID が一定になるように電
源28の電圧VDDを変化させて両ドレイン端子間にパワ
ーを印加する。その後、パワー印加を停止する直前の印
加電力値(ID ×VDD)をメモリしておき、パワー印加
を停止し、再び、(c)に示すように、電源27によっ
てMOSFET22,32のドレイン端子間に検出電流
を流し、そのとき両MOSFET22,32のドレイン
間にかかる電圧VDD2 を電圧計25により測定する。
【0025】図6に示すように、ドレイン間にかかる電
圧VDDとMOSFETのジャンクション温度との関係を
予め求めておく。この関係は温度が上昇するにつれ、電
圧VDDが上昇する比例関係である。この関係と、上述の
ような手順で測定したパワー印加前後のドレイン間電圧
DD1 ,VDD2 の差とから、MOSFET22,32の
ジャンクション温度上昇値を算出する。このジャンクシ
ョン温度上昇値を、メモリしておいたパワー印加停止直
前の印加電力値(ID ×VDD)で除算して、ジャンクシ
ョンと雰囲気間の熱抵抗値θjaを算出し、表示する。
この熱抵抗値θjaを算出する式は次式のようになる。 θja=K´×(VDD2 −VDD1 )/(ID ×VDD) ただし、K´は電圧VDDとジャンクション温度との比例
定数である。
【0026】次に、第3実施例(請求項1〜6に対応)
を図7により説明する。図7は素子単体のMOSFET
42の熱抵抗を測定する際のパワー印加状態を示す。熱
抵抗測定を行うためのパワー印加の前と後は、前述した
図14の(a)及び(c)と同様である。電源34によ
りMOSFET42のゲート・ソース間にかかる電圧V
GSと、MOSFET42に流れるドレイン電流ID とを
一定にして、電源38の電圧を変化させることによりM
OSFET42のドレイン・ソース間にかかる電圧VDS
を変化させて、パワーを印加し、定常状態に至らせる。
従来のように、ゲート・ソース間にかかる電圧VGSが変
化することがないので、実際にパワーを印加するときと
同様の条件で、熱抵抗を測定することができる。また、
従来は、許容電流IDMAXを求めるために熱抵抗値θja
から計算し直していたが、本実施例によれば、電圧VGS
を一定にして、ある電流値ID に対する温度Tjを表示
するようにしているので、Tj=150℃でのドレイン
電流ID から、計算することなしに、直接、許容電流I
DMAXが分かる。
【0027】次に、図8及び図9を用いて電圧が定常状
態になったことを判断する手法について説明する(請求
項2,11,20,25に対応)。(a)に示すよう
に、パワー印加中に、MOSFET42のドレイン・ソ
ース間にかかる電圧VDSを電圧計35によって、あるい
は、(b)に示すように、MOSFET2のドレイン端
子とMOSFET12のドレイン端子との間にかかる電
圧VDDを電圧計5によって、定期的にサンプリングす
る。図9に示すように、時間の経過に伴って電圧VDS
はVDDが上昇し、次第に電圧の上昇度が低下して定常状
態に近付く。時刻Tでサンプリング量の変化量または変
化率が設定値以下または未満になったときに、電圧が定
常状態になったと判断して、パワー印加を自動的に停止
する。このようにして、定常状態になった時点で自動的
にパワーの印加を停止することで、従来のように、定常
状態に至る前にパワー印加を停止したり、逆にパワー印
加時間が長過ぎて時間の無駄になったりすることがなく
なり、正確な測定値が得られ、かつ、時間の節約にもな
る。
【0028】次に、熱抵抗測定のためのパワー印加が定
常状態になったことを自動的に検知する手法について説
明する(請求項3,12,26)。図10(a)(b)
はパワー印加時のドレイン電流ID 、検出電流IM のタ
イムチャートである。パワー印加時、ドレイン電流ID
は、定期的にごく短時間パワーの印加が中断されること
でその短時間だけ流れなくなり、その中断中は検出電流
M が流れる。このパワー印加の中断はごく短時間であ
り、検出電流IM のパルスのデューティ比が5%以下に
なる程度である。図11(a)はパワー印加時のドレイ
ン電流ID の流れる状態を示し、(b)は検出電流IM
の流れる状態を示す。図11(b)に示すように、短時
間だけ検出電流IM をMOSFET42の寄生ダイオー
ド44に流すことにより、寄生ダイオード44に電圧が
かかる。この電圧をモニタして、そのモニタした電圧か
らMOSFET42のジャンクション温度を計算し、熱
抵抗値を算出する。モニタした電圧値が、設定値以下ま
たは未満になったときに、図3の関係から、MOSFE
T42の温度が上昇し過ぎ、破壊する可能性があると判
断して、パワー印加を自動的に停止させる。
【0029】なお、上記図11(a)及び(b)では、
MOSFET素子単体について述べたが、MOSFET
素子を2個使用した場合についても同様である。例え
ば、短時間だけ検出電流IM を、一方のMOSFET素
子のドレイン端子と他方のMOSFET素子のドレイン
端子との間に流すことにより、その間にかかる電圧をモ
ニタして、そのモニタした電圧からMOSFET素子の
ジャンクション温度を計算し、熱抵抗値を算出する。そ
のとき、モニタした電圧値が、設定値以上になったとき
に、図6の関係から、MOSFET素子の温度が上昇し
過ぎ、破壊する可能性があると判断して、パワー印加を
自動的に停止させる。なお、以上はMOSFET素子に
ついて述べたが、ダイオードについても上記と同様に、
サンプリングや中断によって、電圧が定常状態になった
と判断された場合、あるいは、素子の温度が上昇し過
ぎ、破壊する可能性があると判断された場合には、パワ
ー印加を自動的に停止することができる(請求項25,
26に対応)。
【0030】図12(a)(b)は上記手法におけるパ
ワー電圧、検出電圧のタイムチャートである。時刻t1
においてパワー印加が開始され、時刻t2においてパワ
ー印加が終了する。時刻t1の直前に検出電圧VF1が測
定され、時刻t2の直後に検出電圧VF2が測定される。
時刻t2の直前の電圧VDDは、このときのドレイン電流
D と共に、印加電力値(ID ×VDD)としてメモリさ
れ、検出電圧VF1,VF2の差から求められたダイオード
の温度上昇値を上記印加電力値で除算することにより、
ジャンクションと雰囲気間の熱抵抗値を算出する。
【0031】
【発明の効果】以上のように請求項1,10,19の発
明によれば、MOSFET素子のゲート・ソース間電圧
を一定にして、実際に使用するときと同じ条件で熱抵抗
を測定することができるので、熱抵抗の測定精度が向上
し、直接、デバイスの許容電流値が何アンペアであるか
が分かる。請求項2,11,20,25の発明によれ
ば、パワー印加中、電圧をサンプリングし、その値の変
化量もしくは変化率が設定値以下もしくは未満になった
とき、定常状態になったと判断して、その時点でパワー
の印加を自動的に停止する。従って、予め十分に長いパ
ワー時間を設定し、デバイスによって異なる必要最小限
のパワー印加時間に対応できるようにしておく必要がな
くなり、デバイスによらず、正確な熱抵抗の測定値が得
られ、時間の節約にもなる。
【0032】請求項3,12,13,21,26の発明
によれば、パワー印加中、ごく短時間パワーの印加を中
断して測定した電圧値に基づき素子の温度を求め、この
温度が設定値を越えているか否かを判断し、越えていれ
ばパワーの印加を自動的に停止する。従って、従来のよ
うに、パワー印加の電力量を大きく設定し過ぎて素子を
破壊してしまうことが防止され、素子の寿命を伸ばすこ
とができる。請求項4,5,15,22,23の発明に
よれば、予め測定しておいた温度特性式に当てはめるこ
とによって測定した電圧値を温度に変換することがで
き、正確な温度値を求めることができる。請求項6,1
6,24の発明によれば、熱抵抗値そのものを算出する
ことができるので、パワー印加停止時の電力値を記憶し
ておく必要がなくなり、熱抵抗値を算出する手間も省く
ことができる。
【0033】請求項7乃至9,17,18の発明によれ
ば、MOSFET素子を2個用いた無接点リレーにおい
て、MOSFET両方にパワーを印加するので、実際に
使用するときと同じ条件の下で熱評価ができ、正確な熱
抵抗値が得られる。請求項14の発明によれば、パワー
印加中に印加を中断し、その中断中に検出電流を流し、
そのときの電圧をモニタするので、その電圧から正確な
ジャンクション温度を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】MOSFET素子を2個使用した交流・直流両
用の無接点リレーのMOSFET部分の回路図である。
【図2】本発明の第1実施例による熱抵抗測定装置の動
作を説明するための図である。
【図3】寄生ダイオードの順方向電圧とMOSFETの
ジャンクション温度との関係を示す図である。
【図4】光結合素子によって入力側と出力側とが絶縁さ
れた無接点リレーの図である。
【図5】第2実施例による熱抵抗測定装置の動作を説明
するための図である。
【図6】ドレイン間にかかる電圧とMOSFETのジャ
ンクション温度との関係を示す図である。
【図7】MOSFETにパワーを印加するときの回路図
である。
【図8】パワー印加時の印加電圧を測定するための回路
図である。
【図9】印加電圧の変化状態を示す図である。
【図10】(a)はパワー印加時のドレイン電流のタイ
ムチャート、(b)は検出電流のタイムチャートであ
る。
【図11】(a)はパワー印加時、(b)は検出電流を
流したときの電流の流れる状態を示す図である。
【図12】(a)はパワー電圧のタイムチャート、
(b)は検出電圧のタイムチャートである。
【図13】MOSFET素子単体を示す図である。
【図14】従来の熱抵抗を測定する手順を説明するため
の図である。
【符号の説明】
21 無接点リレー 2,12,22,32,42 MOSFET 3,7,8,24,27,28,34,38 電源 4,14,44 寄生ダイオード VGS ゲート・ソース間電圧 VDS ドレイン・ソース間電圧 VDD ドレイン・ドレイン間電圧

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 MOSFET素子単体のドレイン・ソー
    ス間にパワーを印加する前と後に、MOSFET素子単
    体のソース・ドレイン間寄生ダイオードに順方向検出電
    流を流し、その順方向電圧の差から該MOSFET素子
    単体のジャンクション温度上昇値及び熱抵抗を測定する
    装置において、定電流回路によりドレイン・ソース間に
    一定電流を流してパワーを印加し、定電圧回路によりゲ
    ート・ソース間に一定電圧を印加することを特徴とした
    熱抵抗測定装置。
  2. 【請求項2】 パワー印加中に、ドレイン・ソース間電
    圧を定期的にサンプリングして、その変化量または変化
    率が設定値以下または未満になったときにパワー印加を
    自動的に停止することを特徴とした請求項1記載の熱抵
    抗測定装置。
  3. 【請求項3】 パワー印加中、定期的にごく短時間パワ
    ーの印加を中断し、その中断中にソース・ドレイン間寄
    生ダイオードに順方向検出電流を流し、その順方向電圧
    をモニタし、この電圧が設定値以下または未満になった
    ときにパワー印加を自動的に停止することを特徴とした
    請求項1記載の熱抵抗測定装置。
  4. 【請求項4】 パワー印加中、定期的にごく短時間パワ
    ーの印加を中断し、その中断中にソース・ドレイン間寄
    生ダイオードに順方向検出電流を流し、その順方向電圧
    をモニタし、その電圧を予め測定しておいたダイオード
    順方向電圧の温度特性式に当てはめることによって、M
    OSFET素子単体のジャンクション温度を計算するこ
    とを特徴とした請求項1記載の熱抵抗測定装置。
  5. 【請求項5】 パワー印加前とパワー印加後とのソース
    ・ドレイン間寄生ダイオードの順方向電圧の差を、予め
    測定しておいたダイオード順方向電圧の温度特性式に当
    てはめることによって、該ダイオードの温度上昇値を計
    算することを特徴とした請求項1記載の熱抵抗測定装
    置。
  6. 【請求項6】 ダイオードの温度上昇値を、パワー印加
    を停止する直前の印加電力値で除算して、ジャンクショ
    ンと雰囲気間の熱抵抗値を算出することを特徴とした請
    求項5記載の熱抵抗測定装置。
  7. 【請求項7】 MOSFET素子を2個用いた無接点リ
    レーにおける該MOSFET素子の熱抵抗を測定する装
    置において、該無接点リレーにパワーを印加する前と後
    のジャンクション温度の差から、該MOSFET素子の
    熱抵抗を測定することを特徴とした熱抵抗測定装置。
  8. 【請求項8】 一方のMOSFET素子のドレイン端子
    から他方のMOSFET素子のドレイン端子にパワーを
    印加する前と後に、少なくともいずれか一方のMOSF
    ET素子のソース・ドレイン間寄生ダイオードに順方向
    検出電流を流し、その順方向電圧の差から該MOSFE
    T素子の熱抵抗を測定することを特徴とした請求項7記
    載の熱抵抗測定装置。
  9. 【請求項9】 一方のMOSFET素子のドレイン端子
    から他方のMOSFET素子のドレイン端子にパワーを
    印加する前と後に、一方のMOSFET素子のドレイン
    端子と他方のMOSFET素子のドレイン端子との間に
    検出電流を流し、その電圧の差から該MOSFET素子
    の熱抵抗を測定することを特徴とした請求項7記載の熱
    抵抗測定装置。
  10. 【請求項10】 一方のMOSFET素子のドレイン端
    子と他方のMOSFET素子のドレイン端子との間に定
    電流回路により一定電流を流すことにより、リレーにパ
    ワーを印加し、ゲート・ソース間に定電圧回路により一
    定電圧を印加することを特徴とした請求項7乃至9のい
    ずれかに記載の熱抵抗測定装置。
  11. 【請求項11】 パワー印加中に、一方のMOSFET
    素子のドレイン端子と他方のMOSFET素子のドレイ
    ン端子との間の電圧を定期的にサンプリングして、その
    変化量もしくは変化率が設定値以下または未満になった
    ときにパワー印加を自動的に停止することを特徴とした
    請求項7乃至10のいずれかに記載の熱抵抗測定装置。
  12. 【請求項12】 パワー印加中、定期的にごく短時間パ
    ワーの印加を中断し、その中断中に少なくともいずれか
    一方のMOSFET素子の寄生ダイオードに順方向検出
    電流を流し、その順方向電圧をモニタし、この電圧が設
    定値以下または未満になったときにパワー印加を自動的
    に停止することを特徴とした請求項7または8記載の熱
    抵抗測定装置。
  13. 【請求項13】 パワー印加中、定期的にごく短時間パ
    ワーの印加を中断し、その中断中に一方のMOSFET
    素子のドレイン端子と他方のMOSFET素子のドレイ
    ン端子との間に検出電流を流し、そのときの電圧をモニ
    タし、この電圧が設定値以上になったときにパワー印加
    を自動的に停止することを特徴とした請求項7または8
    記載の熱抵抗測定装置。
  14. 【請求項14】 パワー印加中、定期的にごく短時間パ
    ワーの印加を中断し、その中断中に少なくともいずれか
    一方のMOSFET素子の寄生ダイオードに順方向検出
    電流を流し、その順方向電圧をモニタするか、または、
    一方のMOSFET素子のドレイン端子と他方のMOS
    FET素子のドレイン端子との間に検出電流を流し、そ
    のときの電圧をモニタし、それらのモニタされた電圧か
    ら、MOSFET素子のジャンクション温度を計算する
    ことを特徴とした請求項7乃至9のいずれかに記載の熱
    抵抗測定装置。
  15. 【請求項15】 パワー印加前とパワー印加後との、少
    なくともいずれか一方のMOSFET素子のソース・ド
    レイン間寄生ダイオード順方向電圧の差、または、一方
    のMOSFET素子のドレイン端子と他方のMOSFE
    T素子のドレイン端子との間の電圧差を、予め測定して
    おいた電圧の温度特性式に当てはめることによって、該
    ダイオードの温度上昇値を計算することを特徴とした請
    求項7乃至9のいずれかに記載の熱抵抗測定装置。
  16. 【請求項16】 ダイオードの温度上昇値を、パワー印
    加を停止する直前の印加電力値で除算して、ジャンクシ
    ョンと雰囲気間の熱抵抗値を算出することを特徴とした
    請求項15記載の熱抵抗測定装置。
  17. 【請求項17】 光結合素子によって入力側と出力側と
    が絶縁され、出力側にMOSFET素子を2個用いた無
    接点リレーを使用し、この無接点リレーの熱抵抗を測定
    することを特徴とした熱抵抗測定装置。
  18. 【請求項18】 一方のMOSFET素子のドレイン端
    子から他方のMOSFET素子のドレイン端子にパワー
    を印加する前後に、一方のMOSFET素子のドレイン
    端子と他方のMOSFET素子のドレイン端子との間に
    検出電流を流し、その電圧を測定することを特徴とした
    請求項17記載の熱抵抗測定装置。
  19. 【請求項19】 定電流回路により一定電流を、一方の
    MOSFET素子のドレイン端子と他方のMOSFET
    素子のドレイン端子との間に流すことにより、パワーを
    印加し、定電圧回路により入力端子間に一定電圧を印加
    することを特徴とした請求項17又は18記載の熱抵抗
    測定装置。
  20. 【請求項20】 パワー印加中に、一方のMOSFET
    素子のドレイン端子と他方のMOSFET素子のドレイ
    ン端子との間の電圧を定期的にサンプリングして、その
    変化量又は変化率が設定値以下又は未満になったときに
    パワー印加を自動的に停止することを特徴とした請求項
    17乃至19のいずれかに記載の熱抵抗測定装置。
  21. 【請求項21】 パワー印加中、定期的にごく短時間パ
    ワーの印加を中断し、その中断中に一方のMOSFET
    素子のドレイン端子と他方のMOSFET素子のドレイ
    ン端子との間に検出電流を流し、その電圧をモニタし、
    この電圧が設定値以上になったときにパワー印加を自動
    的に停止することを特徴とした請求項17乃至19のい
    ずれかに記載の熱抵抗測定装置。
  22. 【請求項22】 パワー印加中、定期的にごく短時間パ
    ワーの印加を中断し、その中断中に一方のMOSFET
    素子のドレイン端子と他方のMOSFET素子のドレイ
    ン端子との間に検出電流を流し、その電圧をモニタし、
    この電圧を予め測定しておいた両ドレイン間電圧の温度
    特性式に当てはめることによって、MOSFET素子の
    ジャンクション温度を計算することを特徴とした請求項
    17乃至19のいずれかに記載の熱抵抗測定装置。
  23. 【請求項23】 パワー印加前とパワー印加後との、一
    方のMOSFET素子のドレイン端子と他方のMOSF
    ET素子のドレイン端子との間に流した検出電流の電圧
    差を、予め測定しておいた両ドレイン間電圧の温度特性
    式に当てはめることによって、MOSFET素子のジャ
    ンクション温度上昇値を計算することを特徴とした請求
    項17乃至19のいずれかに記載の熱抵抗測定装置。
  24. 【請求項24】 MOSFET素子の温度上昇値を、パ
    ワー印加を停止する直前の印加電力値で除算して、ジャ
    ンクションと雰囲気間の熱抵抗値を算出することを特徴
    とした請求項23記載の熱抵抗測定装置。
  25. 【請求項25】 定電流回路により一定電流をダイオー
    ドのアノード・カソード間に流してパワーを印加する前
    と後に、アノード・カソード間に流した検出電流による
    アノード・カソード間電圧の差から、該ダイオードの熱
    抵抗を測定する熱抵抗測定装置において、パワー印加中
    に、アノード・カソード間電圧を定期的にサンプリング
    して、その変化量または変化率が設定値以下または未満
    になったときにパワー印加を停止するようにしたことを
    特徴とする熱抵抗測定装置。
  26. 【請求項26】 パワー印加中、定期的にごく短時間パ
    ワーの印加を中断し、その中断中にアノード・カソード
    間に順方向検出電流を流し、その順方向電圧をモニタ
    し、この電圧が設定値以下または未満になったときにパ
    ワー印加を自動的に停止することを特徴とした請求項2
    5に記載の熱抵抗測定装置。
JP5202581A 1993-07-22 1993-07-22 熱抵抗測定装置 Withdrawn JPH0735813A (ja)

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