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[導(dǎo)讀]測量和校核開關(guān)電源、電機驅(qū)動,以及一些電力電子變換器的功率器件結(jié)溫,如MOSFET或IGBT的結(jié)溫,是一個不可或缺的過程,功率器件的結(jié)溫與其安全性、可靠性直接相關(guān)。


測量和校核開關(guān)電源、電機驅(qū)動以及一些電力電子變換器的功率器件結(jié)溫,如MOSFET或IGBT的結(jié)溫,是一個不可或缺的過程,功率器件的結(jié)溫與其安全性、可靠性直接相關(guān)。測量功率器件的結(jié)溫常用二種方法:
1、熱電偶
2、紅外熱成像測溫儀


功率器件結(jié)溫和殼頂溫度,差多少?

圖1:熱電偶


功率器件結(jié)溫和殼頂溫度,差多少?

圖2:紅外熱成像測溫儀


為了提高熱電偶的測量精度,需要對其做精確的溫度補償;熱電偶本身要用特定的粘膠固定在測量器件的表面,固定的方式和接觸面積都會影響測量的精度;相對于測量的功率器件,如果熱電偶接觸面積大,本身相當(dāng)于散熱器的作用,會嚴重的影響測量精度。


紅外熱成像儀不需要和器件接觸,因此測量過程對測量的精度幾乎沒有影響,因此近年來獲得大量的使用。紅外熱成像測溫儀得到溫度如圖3所示,
溫度最高的點為功率器件,那么這個溫度是功率器件的結(jié)溫,還是功率器件塑料外殼頂部的溫度?


功率器件結(jié)溫和殼頂溫度,差多少?

圖3:紅外熱成像測溫儀測量溫度


毫無疑問
,測量的這個溫度是功率器件塑料外殼頂部,那么這個溫度和功率器件內(nèi)部硅片的結(jié)溫一樣嗎?當(dāng)然不一樣,功率器件內(nèi)部硅片的結(jié)溫高于塑料外殼頂部的溫度。結(jié)溫和殼頂溫度差多少?


數(shù)據(jù)表中,R
thJC是結(jié)到殼(底部銅皮)的熱阻,不是結(jié)到殼頂?shù)臒嶙?,如下表所示。RthJT+RthTA 遠遠大于RthJC+ RthCA,只有很少的一部分熱量從殼頂導(dǎo)出,因此結(jié)溫和殼頂溫度差異很小。


DFN5*6

功率器件結(jié)溫和殼頂溫度,差多少?

TO220F

功率器件結(jié)溫和殼頂溫度,差多少?

功率器件結(jié)溫和殼頂溫度,差多少?

圖4:底部有銅皮功率器件的熱阻


沒有簡單的方法來估算這個差值,仿真的差值如下圖所示。不同的封閉類型、不同的外殼材料等因素都會影響到這個差值,經(jīng)驗值通常取5-10℃左右。


功率器件結(jié)溫和殼頂溫度,差多少?

圖5:紅外熱成像測溫儀測量溫度和仿真溫度


經(jīng)常有工程師問到這樣的問題,如何才能準確的測量到功率器件內(nèi)部硅片的結(jié)溫?


靜態(tài)的條件下,可以測量功率器件內(nèi)部寄生的二極管的壓降,通過校核的結(jié)溫曲線,查到相應(yīng)的內(nèi)部硅片的結(jié)溫。在實際電路工作的條件下,不太可能測量內(nèi)部寄生的二極管的壓降,因此實時的測量內(nèi)部硅片的結(jié)溫也不太現(xiàn)實。


對于特定器件,可以使用上述靜態(tài)的方式,結(jié)合紅外熱成像測溫儀,校核它們之間的差值,然后在實際的測量中,使用這個差值來得到結(jié)溫。


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