功率循環試驗中最重要的是準確在線測量結溫,直接影響試驗結果和結論。比較總結了各種溫度測量方法的一致性、線性、靈敏度、難度和物理意義。基于通態特性的電學參數法更適用于設備導向狀態的測試。國際電工技術委員會IEC該標準還指出,在功率循環、熱阻或瞬態熱阻抗試驗中或瞬態熱阻抗試驗VGE(th)(T)法律(以下簡稱VGE(th)(T)或小電流飽和壓降VCE(T)法律(以下簡稱VCE(T)法)測量結溫。
雖然這兩種方法獲得的溫度可以類似于芯片表面的平均溫度,但實際上表示的物理位置是不同的,VGE(th)(T)法律表示發射極端溝區的溫度,VCE(T)法律表示集電極側PN的溫度。60V以下),芯片電壓等級低,基區薄,測量溫差小;對于功率器件(通常是600V以上),電壓等級高,芯片基礎厚度增加,增加差異。
這個位置的差異使得這個位置的差異VGE(th)(T)法測溫度必然比VCE(T)法大,隨著電壓等級的升高而增加。這是由于IGBT芯片工作時產生的熱量幾乎從集電極側散開,使芯片內部有縱向溫度梯度。IGBT芯片電壓等級越高,基面越厚,縱向溫度梯度越大,兩種方法的差異就越大。正是由于這種差異,不同的研究機構在功率循環過程中采用不同的溫度測量方法,不方便測試結果的共享和標桿。
規定必須在功率循環測試中使用VCE(T)結溫測量法,但不代表VCE(T)法就一定比VGE(th)(T)實際上,法律更好VGE(th)(T)在某些情況下,法律更適用。以下將從兩種方法的測試電路原理圖、難度和優缺點進行全面比較,方便讀者根據自己的需要選擇合適的方法。沒有必要改變功率循環的主測試回路和被測試環IGBT狀態,被測IGBT在兩端施加小電流源。主回路負載電流的切換只需通過外部輔助開關進行監測和測量IGBT兩端電壓可獲得裝置飽和壓降和結溫,實現簡單。
為了實現相應的控制時序,需要增加2個輔助開關。需要測量循環加熱階段的功率IGBT(S2開通,S3打開,同時打開S1.關閉負載電流加熱裝置;S切斷負載電流并測量IGBT將設備轉換為閾值電壓模式(S2關斷,S3打開)測量結溫。可以看到,VGE(th)(T)該方法不僅電路結構復雜,而且控制時間相對復雜,測量延遲的選擇也至關重要。同時,一個合適的電阻必須并聯在柵極和發射極的兩端,kΩ為消除測量延時的影響,電阻提供柵極放電電路。
VGE(th)(T)法和VCE(T)法一樣,在最大結溫測量過程同樣需要一定的測量延時tMD,一方面是時序控制的需要,另一方面是載流子復合仍需要時間。因此,不管哪種結溫測量方法,必然存在一定的測量延時,器件的最大結溫也必然會降低,而帶來一定的測量誤差。
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:功率半導體器件IGBT結溫測試方法
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