RU2507526C1 - Способ измерения теплового импеданса полупроводниковых диодов с использованием полигармонической модуляции греющей мощности - Google Patents
Способ измерения теплового импеданса полупроводниковых диодов с использованием полигармонической модуляции греющей мощности Download PDFInfo
- Publication number
- RU2507526C1 RU2507526C1 RU2012127938/28A RU2012127938A RU2507526C1 RU 2507526 C1 RU2507526 C1 RU 2507526C1 RU 2012127938/28 A RU2012127938/28 A RU 2012127938/28A RU 2012127938 A RU2012127938 A RU 2012127938A RU 2507526 C1 RU2507526 C1 RU 2507526C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- modulation
- temperature
- thermal impedance
- semiconducting
- diodes
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технике измерения теплофизических параметров полупроводниковых диодов. Способ измерения теплового импеданса полупроводниковых диодов, заключающийся в том, что через полупроводниковый диод пропускают последовательность импульсов греющего тока, период следования которых постоянный, в паузах между ними измеряют температурочувствительный параметр - прямое падение напряжения на полупроводниковом диоде при малом измерительном токе - и определяют изменение температуры р-n-перехода. При этом модуляцию длительности импульсов греющего тока осуществляют по полигармоническому закону с заданным набором частот модуляции, вычисляют с помощью Фурье-преобразования мнимые и вещественные трансформанты температуры, по ним вычисляют значения амплитуд и фаз всех гармоник температуры, после чего определяют модули и фазы теплового импеданса на всех заданных частотах модуляции. Технический результат заключается в сокращении времени процесса измерения зависимости теплового импеданса от частоты модуляции греющей мощности и повышении оперативности контроля теплофизических параметров полупроводниковых диодов. 2 ил.
Description
Изобретение относится к технике измерения теплофизических параметров полупроводниковых диодов и может быть использовано на выходном и входном контроле качества изготовления полупроводниковых диодов.
Среди существующих способов измерения теплового сопротивления полупроводниковых диодов известен способ, заключающийся в том, что на контролируемый диод подают импульсы греющей мощности фиксированной длительности и амплитуды, а в промежутках между импульсами измеряют изменение температурочувствительного параметра UТЧП, например, прямого напряжения полупроводникового диода при пропускании через него малого измерительного тока (ГОСТ 19656, 18-84 Диоды полупроводниковые СВЧ. Методы измерения теплового сопротивления переход-корпус и импульсного теплового сопротивления).
Недостатком способа является низкая точность, обусловленная большой погрешностью измерения импульсного напряжения UТЧП(t) из-за влияния переходных тепловых и электрических процессов при переключении полупроводникового диода из режима разогрева в режим измерения (Викулин И.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов - М: Сов. радио, 1980. С.51).
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению (прототипом) является способ измерения теплового импеданса полупроводниковых диодов (см. патент РФ №2402783, Б.И. №30, 2010 г.), суть которого заключается в следующем. Через полупроводниковый диод в прямом направлении пропускают последовательность импульсов греющего тока, длительность tи которых изменяется по гармоническому закону
τ=τ0(1+a·sinωt)
где τ0 - средняя длительность импульсов; а - коэффициент модуляции; ω - частота модуляции. Период следования импульсов Тсл и амплитудное значение греющего тока Iгр на полупроводниковом диоде поддерживают постоянными.
Недостатком прототипа является то, что для определения отдельных компонент теплового сопротивления, соответствующих элементам конструкции полупроводникового диода, по которым распространяется тепловой поток, необходимо измерять зависимость модуля теплового импеданса от частоты модуляции греющей мощности в широком диапазоне частот, что требует продолжительного времени процесса измерения и снижает оперативность контроля теплофизических параметров полупроводниковых диодов.
Технический результат - сокращение времени процесса измерения зависимости теплового импеданса от частоты модуляции греющей мощности и повышение оперативности контроля теплофизических параметров полупроводниковых диодов.
Технический результат достигается тем, что, как и в прототипе, через полупроводниковый диод пропускают последовательность импульсов греющего тока Iгр с постоянным периодом следования, а в паузах между ними измеряют температурочувствительный параметр - прямое напряжение на полупроводниковом диоде UТЧП при малом измерительном токе Iизм. В отличие от прототипа, в котором модуляцию длительности греющих импульсов осуществляют по гармоническому закону, в заявляемом изобретении используют полигармонический закон
где N - количество гармоник в сигнале, с помощью которого осуществляют нагрев полупроводникового диода; ωi - частота i-ой гармоники.
Зависимость тока ID через полупроводниковый диод от времени представлена на фиг.1а. Экспериментально установлено, что вариации напряжения на полупроводниковом диоде, вызванные циклическим изменением температуры активной области, существенно меньше напряжения на полупроводниковом диоде UD в момент протекания греющего тока, что позволяет принять напряжение Uгр на вершине греющих импульсов постоянным. Тогда средняя за период модуляции греющая мощность
будет также изменяться по полигармоническому закону (фиг.1б):
P1=P0·а - амплитуда гармоник переменной составляющей греющей мощности.
Модуляция греющей мощности вызывает соответствующие изменения температуры p-n-перехода полупроводникового диода, для определения которой в паузах между греющими импульсами измеряют температурочувствительный параметр - прямое напряжение UТЧП на полупроводниковом диоде при малом измерительном токе Iизм (фиг.1в). Это позволяет при известном температурном коэффициенте напряжения КT определить изменение температуры p-n перехода полупроводникового диода Т относительно начальной (комнатной) температуры:
Зависимость переменной составляющей температуры p-n перехода полупроводникового диода от времени представлена на фиг.1г. Далее, используя Фурье-преобразование зависимости T(t), определяют амплитуды гармоник переменной составляющей температуры p-n-перехода T(ωi) на частотах модуляции ωi:
где A(ωi) и B(ωi) - вещественные и мнимые Фурье-трансформанты температуры.
Модули теплового импеданса |ZT(ωi)| на частотах ωi определяются отношением амплитуд гармоник температуры T(ωi) и греющей мощности P1(ωi):
Фазы теплового импеданса φ(ωi) на частотах ωi определяются отношением мнимых и вещественных Фурье-трансформант B(ωi) и A(ωi):
Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройства, структурная схема которого показана на фиг.2. Устройство содержит источник 1 измерительного тока; формирователь 2 греющих импульсов, управляемый микроконтроллером 3; аналого-цифровой преобразователь 4, вход которого соединен с объектом измерения - полупроводниковым диодом 5, а выход - с микроконтроллером 3.
Способ осуществляют следующим образом. С выхода формирователя 2 греющих импульсов на полупроводниковый диод 5 поступает заданное микроконтроллером 3 количество импульсов греющего тока Iгр, период следования которых постоянный, а длительность модулируют по полигармоническому закону с набором частот, заданных микроконтроллером 3. В паузах между греющими импульсами измеряют температурочувствительный параметр - прямое падение напряжения на полупроводниковом диоде 5 UТЧП, возникающее при протекании через него малого измерительного тока Iизм, сформированного источником 1. Напряжение UТЧП с помощью аналого-цифрового преобразователя 4 преобразуют в цифровой код, поступающий в микроконтроллер 3, в результате чего в памяти микроконтроллера 3 формируют массив значений {UТЧП}, который затем преобразуют в массив температур {Т}. С помощью Фурье-преобразования вычисляют мнимые и вещественные трансформанты температуры и по ним определяют значения амплитуд Т(ωi) и фаз φ(ωi) гармоник на частотах модуляции греющей мощности ωi. Используя амплитудные значения температуры T(ωi) и греющей мощности P1(ωi) определяют модули теплового импеданса |ZT(ωi)| на всех заданных частотах модуляции греющей мощности.
Сокращение времени процесса измерения зависимости теплового импеданса от частоты модуляции греющей мощности и, как следствие, повышение оперативности контроля теплофизических параметров полупроводниковых диодов в заявленном способе достигается за счет того, что, в отличие от прототипа, в нем за счет использования полигармонического закона модуляции греющей мощности с заданным набором частот за одно измерение значения тепловых импедансов определяют одновременно на нескольких частотах.
Claims (1)
- Способ измерения теплового импеданса полупроводниковых диодов, заключающийся в том, что через полупроводниковый диод пропускают последовательность импульсов греющего тока, период следования которых постоянный, в паузах между ними измеряют температурочувствительный параметр - прямое падение напряжения на полупроводниковом диоде при малом измерительном токе и определяют изменение температуры р-n перехода, отличающийся тем, что модуляцию длительности импульсов греющего тока осуществляют по полигармоническому закону с заданным набором частот модуляции, вычисляют с помощью Фурье-преобразования мнимые и вещественные трансформанты температуры, по ним вычисляют значения амплитуд и фаз всех гармоник температуры, после чего определяют модули и фазы теплового импеданса на всех заданных частотах модуляции.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012127938/28A RU2507526C1 (ru) | 2012-07-03 | 2012-07-03 | Способ измерения теплового импеданса полупроводниковых диодов с использованием полигармонической модуляции греющей мощности |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012127938/28A RU2507526C1 (ru) | 2012-07-03 | 2012-07-03 | Способ измерения теплового импеданса полупроводниковых диодов с использованием полигармонической модуляции греющей мощности |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2507526C1 true RU2507526C1 (ru) | 2014-02-20 |
Family
ID=50113373
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012127938/28A RU2507526C1 (ru) | 2012-07-03 | 2012-07-03 | Способ измерения теплового импеданса полупроводниковых диодов с использованием полигармонической модуляции греющей мощности |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2507526C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2597149C1 (ru) * | 2015-06-15 | 2016-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Способ оценки теплового параметра силовых полупроводниковых приборов и устройство для его осуществления |
RU2630191C1 (ru) * | 2016-03-09 | 2017-09-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ измерения теплового импеданса полупроводниковых диодов с использованием амплитудно-импульсной модуляции греющей мощности |
EP3594669A1 (en) * | 2018-07-13 | 2020-01-15 | Technische Hochschule Ingolstadt | Thermal analysis of semiconductor devices |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3533273A (en) * | 1967-07-26 | 1970-10-13 | Atomic Energy Commission | Thermal surface impedance method and means for nondestructive testing |
RU2178893C1 (ru) * | 2001-03-13 | 2002-01-27 | Ульяновский государственный технический университет | Способ определения теплового сопротивления переход-корпус полупроводниковых диодов |
RU2300115C1 (ru) * | 2006-02-02 | 2007-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева" | Способ определения теплового сопротивления переход - корпус силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении |
RU2402783C1 (ru) * | 2009-08-04 | 2010-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ измерения теплового импеданса полупроводниковых диодов |
-
2012
- 2012-07-03 RU RU2012127938/28A patent/RU2507526C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3533273A (en) * | 1967-07-26 | 1970-10-13 | Atomic Energy Commission | Thermal surface impedance method and means for nondestructive testing |
RU2178893C1 (ru) * | 2001-03-13 | 2002-01-27 | Ульяновский государственный технический университет | Способ определения теплового сопротивления переход-корпус полупроводниковых диодов |
RU2300115C1 (ru) * | 2006-02-02 | 2007-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева" | Способ определения теплового сопротивления переход - корпус силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении |
RU2402783C1 (ru) * | 2009-08-04 | 2010-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ измерения теплового импеданса полупроводниковых диодов |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2597149C1 (ru) * | 2015-06-15 | 2016-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Способ оценки теплового параметра силовых полупроводниковых приборов и устройство для его осуществления |
RU2630191C1 (ru) * | 2016-03-09 | 2017-09-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ измерения теплового импеданса полупроводниковых диодов с использованием амплитудно-импульсной модуляции греющей мощности |
EP3594669A1 (en) * | 2018-07-13 | 2020-01-15 | Technische Hochschule Ingolstadt | Thermal analysis of semiconductor devices |
US11313819B2 (en) | 2018-07-13 | 2022-04-26 | Technische Hochschule Ingolstadt | Thermal analysis of semiconductor devices |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2402783C1 (ru) | Способ измерения теплового импеданса полупроводниковых диодов | |
RU2640089C2 (ru) | Система и способ контроля рабочего состояния igbt-устройства в реальном времени | |
JP6204504B2 (ja) | Rf計測学によるrfパルスの同期、処理、および制御 | |
RU2507526C1 (ru) | Способ измерения теплового импеданса полупроводниковых диодов с использованием полигармонической модуляции греющей мощности | |
US5905384A (en) | Method for testing semiconductor element | |
CN105699738A (zh) | 一种基于pwm的交流信号有效值测量方法 | |
CN104020405A (zh) | 一种脉冲式功率型led电压-电流-结温特性测试装置 | |
RU2463618C1 (ru) | Способ определения теплового импеданса кмоп цифровых интегральных микросхем | |
CN102170143A (zh) | 一种微机自动准同期并列实现方法 | |
RU2613481C1 (ru) | Способ измерения переходной тепловой характеристики цифровых интегральных схем | |
RU2529761C1 (ru) | Способ измерения теплового сопротивления переход-корпус полупроводникового прибора и устройство для его осуществления | |
RU2178893C1 (ru) | Способ определения теплового сопротивления переход-корпус полупроводниковых диодов | |
RU2504793C1 (ru) | Способ определения теплового импеданса цифровых кмоп интегральных микросхем | |
RU2639989C2 (ru) | Способ измерения переходной тепловой характеристики полупроводниковых изделий | |
CN108776250B (zh) | 超高带宽的电流分流器 | |
RU2556315C2 (ru) | Способ измерения теплового импеданса светодиодов | |
RU2630191C1 (ru) | Способ измерения теплового импеданса полупроводниковых диодов с использованием амплитудно-импульсной модуляции греющей мощности | |
RU2565859C1 (ru) | Способ измерения теплового сопротивления компонентов наноэлектроники с использованием широтно-импульсной модуляции греющей мощности | |
EP2314217B1 (en) | Method and device for fast measurement of frequency response with scalable short chirp signals | |
US9513319B1 (en) | Systems, methods, and devices for energy and power metering | |
RU2545090C1 (ru) | Способ измерения дифференциального сопротивления нелинейного двухполюсника с температурозависимой вольтамперной характеристикой | |
EP3594669B1 (en) | Thermal analysis of semiconductor devices | |
RU2649083C1 (ru) | Способ измерения теплового импеданса цифровых интегральных микросхем | |
RU2456628C1 (ru) | Способ определения вольт-фарадных характеристик силовых полупроводниковых приборов | |
RU2766066C1 (ru) | Способ измерения переходной характеристики цифровых интегральных микросхем |