СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПЕРЕХОД-КОРПУС ТРАНЗИСТОРОВ С ПОЛЕВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
METHOD FOR DETERMINATION OF THERMAL RESISTANCE FOR JUNCTION FIELD-EFFECT TRANSISTORS

Изобретение относится к технике измерения тепловых параметров компонентов силовой электроники, в частности силовых полупроводниковых приборов, включающих в себя МДП-транзисторы и биполярные транзисторы с изолированным затвором, и может быть использовано для контроля их качества.
0
П
C
C
0
П
C
Известен способ определения теплового сопротивления переход-корпус силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении, заключающийся в том, что полупроводниковый кристалл нагревают путем пропускания через него постоянного тока I заданной амплитуды и в процессе нагревания измеряют значение его термочувствительного параметра, в качестве которого используют прямое падение напряжения на кристалле U и одновременно измеряют температуру основания корпуса T прибора в выбранной точке. Запоминают эти значения, получая их зависимости от времени t. Прекращают нагрев полупроводникового кристалла при достижении температуры T заданного значения и в режиме естественного охлаждения при подаче на кристалл коротких измерительных импульсов тока с амплитудой, равной значению постоянного греющего тока I, и скважностью, не влияющими на тепловое равновесие прибора, измеряют и запоминают значения термочувствительного параметра и температуры основания корпуса, получая зависимости U(t) и T(t) на интервале охлаждения. При этом длительность интервала охлаждения выбирают из условия безусловного выполнения t>3τ, где τ - наибольшая тепловая постоянная конструкция прибора, определяют момент динамического равновесия на интервале нагрева и по полученным зависимостям вычисляют тепловое сопротивление переход-корпус (RU 2240573, МПК G01R 31/26, опубл. 20.11.2004).
Недостатками известного способа являются:
1. Сложное техническое решение реализации способа, обусловленное необходимостью использования источника греющего постоянной тока с малыми значениями пульсаций, что обуславливает применение мощного и высокоточного источника постоянного тока, а также источника измерительных импульсов тока с амплитудой, равной величине греющего постоянного тока, что также требует мощного и высокоточного источника импульсного тока.
2. Сложность реализации обработки результатов измерения, обусловленная применением аппроксимации экспоненциальными функциями снятой точечной временной зависимости напряжения на испытуемом приборе в процессе нагрева и нахождения точных значений коэффициентов аппроксимации с корреляцией по методу наименьших квадратов, являющихся тепловыми параметрами полупроводниковых приборов, что требует длительного итерационного процесса определения теплового сопротивления.
3. Упущение того факта, что в процессе нагрева изменяется выделяемая прибором мощность потерь вследствие изменения значения прямого падения напряжения на приборе при увеличении температуры кристалла прибора, что приводит к увеличению погрешности определения теплового сопротивления.
measure
0
hc
0
C
0
1
2
heat
1
heat
measure
MAX
heat
1
heat
hc
2
measure
C
2
2
3
hc
3
C
3
<mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msubsup><mi>t</mi><mi>i</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msubsup></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>u</mi><mrow><mi>h</mi><mi>c</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msubsup><mi>t</mi><mi>i</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msubsup></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>i</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><mi>t</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msubsup><mi>t</mi><mi>i</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msubsup></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>t</mi><mi>o</mi><msub><mi>t</mi><mi>n</mi></msub></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>t</mi><mi>o</mi><msub><mi>t</mi><mi>n</mi></msub></mrow></msub></mrow>
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является способ определения теплового сопротивления переход-корпус силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении, заключающийся в том, что через испытуемый прибор пропускают постоянный измерительный ток I заданной величины. В начальном термодинамическом равновесии в момент времени t измеряют и запоминают значения термочувствительного параметра u(t) и температуры корпуса T(t). С момента времени t до момента времени t нагревают прибор током i произвольной формы. В процессе нагрева в моменты времени
n-го интервала измерения и запоминания термочувствительного параметра
измеряют и запоминают значения тока
, вычисляют среднюю мощность n-го интервала измерения потерь
. С момента времени t величину греющего тока i увеличивают от минимальной, равной величине постоянного измерительного тока I, и при сравнении вычисленной средней мощности потерь на n-м интервале измерения
с предварительно установленной максимально допустимой мощностью P прекращают увеличивать греющий ток i, продолжая процесс нагрева. В момент t прерывают протекание греющего тока i, измеряют и запоминают значения термочувствительного параметра u(t) от протекания постоянного измерительного тока I и температуры корпуса T(t). После момента времени t в режиме естественного охлаждения по достижении термодинамического равновесия в момент времени t измеряют и запоминают значения термочувствительного параметра u(t) и температуры корпуса прибора T(t) и рассчитывают тепловое сопротивление переход-корпус (RU 2300115, МПК G01R 31/26, опубл. 27.05.2007).
Недостатками известного способа являются:
1. Способ не может быть использован для определения теплового сопротивления полевых транзисторов, поскольку опирается на линейную температурную зависимость прямого падения напряжения на токопроводящем канале, в то время как у полевого транзистора данная зависимость имеет нелинейный характер.
<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>t</mi><mi>o</mi><msub><mi>t</mi><mi>n</mi></msub></mrow></msub></mrow>
MAX
heat
2. Способ не учитывает того факта, что после достижения вычисленной средней мощностью потерь на n-м интервале измерения
предварительно установленной допустимой мощности P при дальнейшем нагревании прибора неизменным током i выделяемая прибором мощность будет меняться в соответствии с изменением падения напряжения на кристалле, что может привести при уменьшении падения напряжения на кристалле - к увеличению времени определения теплового сопротивления, а при увеличении - к отказу испытуемого прибора.
thjc
3. В способе не представлена возможность определения переходного теплового сопротивления переход-корпус Z.
Технический результат заключается в обеспечении возможности определения теплового и переходного теплового сопротивлений переход-корпус транзисторов с полевым управлением, в частности, МДП-транзисторов и биполярных транзисторов с изолированным затвором, увеличение точности определения теплового сопротивления, снижении временных затрат на весь процесс измерения.
0
j
0
C
0
1
2
heat
heat
1
heat
MAX
heat
2
heat
j
2
2
3
3
2
j
3
C
3
thjc
j
1
2
MAX
MAX
<mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>u</mi><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>T</mi><mi>C</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>i</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><mi>t</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msubsup><mi>t</mi><mi>i</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msubsup></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>u</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><mi>t</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msubsup><mi>t</mi><mi>i</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msubsup></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>t</mi><mi>o</mi><msub><mi>t</mi><mi>n</mi></msub></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>t</mi><mi>o</mi><msub><mi>t</mi><mi>n</mi></msub></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>T</mi><mrow><msub><mi>C</mi><mrow><mi>M</mi><mi>A</mi><mi>X</mi></mrow></msub></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>t</mi><mi>o</mi><msub><mi>t</mi><mi>n</mi></msub></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>t</mi><mi>o</mi><msub><mi>t</mi><mi>n</mi></msub></mrow></msub></mrow>
Технический результат достигается тем, что в способе определения теплового сопротивления переход-корпус транзисторов с полевым управлением, заключающемся в том, что через прибор в открытом состоянии предварительно пропускают измерительный ток, в начальном термодинамическом равновесии в момент времени t измеряют и запоминают значения термочувствительного параметра, в качестве которого используют падение напряжения на приборе в открытом состоянии u(t) и температуры корпуса T(t) в выбранной точке, с момента времени t до момента времени t прибор нагревают путем пропускания через него тока произвольной формы i(t) в открытом состоянии, в процессе нагрева в моменты времени
прерывают протекание греющего тока i и, пропуская через прибор измерительный ток, измеряют и запоминают значения термочувствительного параметра
и температуры корпуса
, в интервалах времени
периодически измеряют и запоминают значения греющего тока
и вызываемого им падения напряжения на приборе
, вычисляют среднюю мощность
, выделяемую прибором в интервале времени
, с момента времени t среднее значение греющего тока i увеличивают от минимального, равного значению измерительного тока, и при сравнении значения вычисленной средней мощности потерь на n-м интервале измерения
с предварительно установленной максимально допустимой мощностью P прекращают увеличивать среднее значение греющего тока i и продолжают процесс нагрева, по достижении температуры корпуса прибора заданного максимального значения
в момент t полностью прерывают протекание греющего тока i, через прибор пропускают измерительный ток и измеряют и запоминают значение термочувствительного параметра u(t), после момента времени t в режиме естественного охлаждения по достижении термодинамического равновесия в момент времени t, выбираемый из условия безусловного выполнения t>>t+3τ, где τ - тепловая постоянная конструкции прибора, измеряют и запоминают значения термочувствительного параметра u(t) при протекании измерительного тока и температуры корпуса прибора T(t), после чего рассчитывают тепловое сопротивление переход-корпус R, на протяжении всего процесса определения теплового сопротивления переход-корпус управляемых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении значения термочувствительного параметра u измеряют при пропускании через прибор импульса измерительного тока заданной амплитуды, длительность которого не влияет на термодинамическое состояние прибора, при подаче импульса напряжения заданной амплитуды на управляющий электрод прибора и по окончании переходного процесса, с момента времени t до момента времени t сравнивают вычисленную среднюю мощность
, выделяемую прибором за интервал времени
, с предварительно установленной максимально допустимой для прибора рассеиваемой мощностью P и, когда значение
меньше, равно или больше P, соответственно, увеличивают, оставляют неизменным или уменьшают среднее значение греющего тока, тепловое сопротивление переход-корпус рассчитывают как:
<mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>t</mi><mi>h</mi><mi>j</mi><mi>c</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mfrac><mrow><mi>lg</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>u</mi><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>lg</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>u</mi><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mi>a</mi></mfrac><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mi>C</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mrow><msub><mi>C</mi><mrow><mi>M</mi><mi>A</mi><mi>X</mi></mrow></msub></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>t</mi><mi>o</mi><msub><mi>t</mi><mrow><mi>У</mi><mi>С</mi><mi>Т</mi></mrow></msub></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>
,
j
2
где: u(t) - значение термочувствительного параметра полупроводникового прибора в момент прекращения протекания греющего тока;
j
0
u(t) - значение термочувствительного параметра полупроводникового прибора в его начальном термодинамическом равновесии;
<mrow><msub><mi>T</mi><mrow><msub><mi>C</mi><mrow><mi>M</mi><mi>A</mi><mi>X</mi></mrow></msub></mrow></msub></mrow>
- значение температуры корпуса полупроводникового прибора в момент прекращения протекания греющего тока;
C
0
T(t) - значение температуры корпуса полупроводникового прибора в его начальном термодинамическом равновесии;
<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>t</mi><mi>o</mi><msub><mi>t</mi><mrow><mi>У</mi><mi>С</mi><mi>Т</mi></mrow></msub></mrow></msub></mrow>
- среднее значение мощности потерь в установившемся тепловом режиме в процессе нагрева;
a
- коэффициент, рассчитываемый по формуле:
<mrow><mi>a</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>lg</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>u</mi><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>lg</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>u</mi><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msub><mi>T</mi><mi>C</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mi>C</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow>
,
j
3
где: u(t) - значение термочувствительного параметра полупроводникового прибора в состоянии термодинамического равновесия в режиме охлаждения;
C
3
T(t) - значение температуры корпуса полупроводникового прибора в состоянии термодинамического равновесия в режиме охлаждения;
при этом переходное тепловое сопротивление переход-корпус рассчитывают как:
<mrow><msub><mi>Z</mi><mrow><mi>t</mi><mi>h</mi><mi>j</mi><mi>c</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mfrac><mrow><mi>lg</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>u</mi><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>lg</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>u</mi><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mi>a</mi></mfrac><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mi>C</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mi>C</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>t</mi><mi>o</mi><msub><mi>t</mi><mi>n</mi></msub></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>
,
<mrow><msub><mi>u</mi><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>T</mi><mi>C</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>t</mi><mi>o</mi><msub><mi>t</mi><mi>n</mi></msub></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow>
где:
- значение термочувствительного параметра полупроводникового прибора в момент времени
в процессе нагрева прибора;
- значение температуры корпуса полупроводникового прибора в момент времени
в процессе нагрева;
- средняя мощность потерь, выделяемая прибором за интервал времени
.
0
C
0
Способ осуществляется следующим образом. Через испытуемый прибор в открытом состоянии предварительно пропускают импульс измерительного тока, измеряя и запоминая по окончании переходных процессов в момент времени t значения термочувствительного параметра и температуры корпуса T(t) в выбранной точке корпуса прибора.
C
Длительность и амплитуда импульса тока выбираются таким образом, чтобы его протекание не влияло на термодинамическое равновесие прибора. Для измерения температуры корпуса T выбирают точку, расположенную под центром полупроводникового кристалла либо в центре основания корпуса.
j
В качестве термочувствительного параметра используют прямое падение напряжения на кристалле в открытом состоянии прибора u при заданном падении напряжения на управляющем электроде. Температурная зависимость данного параметра имеет нелинейный характер, однако в логарифмическом масштабе зависимость приобретает линейный вид (Беспалов Н.Н. Сравнительный анализ термочувствительных параметров мощных МДП-транзисторов / Н.Н.Беспалов, А.Е.Лысенков // Электроника и информационные технологии - 2011 выпуск 2 (11). 2012. URL: http://fetmag.mrsu.ru/2011-2/pdf/thermosensitive_parameters.pdf (дата обращения 06.02.2012) - 04201100067/0028).
1
2
heat
heat
<mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>u</mi><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>T</mi><mi>C</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
С момента времени t до момента времени t прибор нагревают путем пропускания через него тока произвольной формы i(t) в открытом состоянии. В процессе нагрева в моменты времени
прерывают протекание греющего тока i и, пропуская через прибор измерительный ток, измеряют и запоминают значения термочувствительного параметра
и температуры корпуса
.
<mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>i</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><mi>t</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msubsup><mi>t</mi><mi>i</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msubsup></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>u</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><mi>t</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msubsup><mi>t</mi><mi>i</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msubsup></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>t</mi><mi>o</mi><msub><mi>t</mi><mi>n</mi></msub></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow>
В интервалах времени
периодически измеряют и запоминают значения греющего тока
и вызываемого им падения напряжения на приборе
и вычисляют среднюю мощность
, выделяемую прибором в интервале времени
как:
<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>t</mi><mi>o</mi><mi>t</mi><mtext> </mtext><mi>n</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>E</mi><mi>n</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>
,
n
<mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow>
где: E - энергия электрических потерь в полупроводниковом приборе в интервале времени
при протекании греющего тока, определяемая как:
<mrow><msub><mi>E</mi><mi>n</mi></msub><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><msub><mi>m</mi><mi>n</mi></msub></mrow></munderover><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>u</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><mi>t</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msubsup><mi>t</mi><mi>i</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msubsup></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><msub><mi>i</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><mi>t</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msubsup><mi>t</mi><mi>i</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msubsup></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>u</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><mi>t</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msubsup><mi>t</mi><mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msubsup></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><msub><mi>i</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><mi>t</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msubsup><mi>t</mi><mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msubsup></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msubsup><mi>t</mi><mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msubsup></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msubsup><mi>t</mi><mi>i</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msubsup></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mstyle></mrow>
,
n
<mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msubsup><mi>t</mi><mn>1</mn><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msubsup></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msubsup><mi>t</mi><mrow><msub><mi>m</mi><mi>n</mi></msub></mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msubsup></mrow></msub></mrow>
где: m - количество измерений в интервале времени
, причем
, а
.
heat
MAX
C
<mrow><msub><mi>T</mi><mi>j</mi></msub><mo><</mo><msub><mi>T</mi><mrow><msub><mi>j</mi><mrow><msub><mrow /><mrow><mi>M</mi><mi>A</mi><mi>X</mi></mrow></msub></mrow></msub></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>T</mi><mrow><msub><mi>j</mi><mrow><msub><mrow /><mrow><mi>M</mi><mi>A</mi><mi>X</mi></mrow></msub></mrow></msub></mrow></msub></mrow>
Амплитуду и форму греющего тока i определяют исходя из условия, что мощность потерь, выделяющаяся в кристалле полупроводникового прибора, не должна превышать максимальную среднюю мощность потерь P, а температура основания корпуса T удовлетворяет условию ограничения температуры перехода
, где
- максимально допустимая температура перехода, которая не превышает предельной температуры с запасом 20-30°С. Максимальная средняя мощность потерь определяется как:
<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>M</mi><mi>A</mi><mi>X</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>k</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>T</mi><mi>j</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mi>C</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>t</mi><mi>h</mi><mi>j</mi><mi>c</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>Т</mi><mi>У</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>
,
где: k - коэффициент запаса температуры кристалла, выбранный из условия k<1;
thjc(ТУ)
R - предполагаемое или известное из технических условий (ТУ) или справочных данных значение теплового сопротивления.
1
2
MAX
MAX
2
j
2
<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>t</mi><mi>o</mi><msub><mi>t</mi><mi>n</mi></msub></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>t</mi><mi>o</mi><msub><mi>t</mi><mi>n</mi></msub></mrow></msub></mrow>
С момента времени t до момента времени t сравнивают вычисленную среднюю мощность
, выделяемую прибором за интервал времени
, с предварительно установленной максимально допустимой для прибора рассеиваемой мощностью P и, когда значение
меньше, равно или больше P соответственно, увеличивают, оставляют неизменным или уменьшают среднее значение греющего тока. Отключение подачи греющего тока производят в момент времени t при достижении температуры корпуса полупроводникового прибора 80-90°С, после чего через прибор пропускают измерительный ток и измеряют и запоминают значение термочувствительного параметра u(t).
3
2
j
3
C
3
thjc
В режиме естественного охлаждения температура полупроводникового прибора снижается по экспоненциальной зависимости. Из-за различия теплоемкостей кристалла и корпуса прибора их охлаждение происходит с разными тепловыми постоянными. Теплоемкость полупроводникового кристалла значительно меньше теплоемкости корпуса и в момент времени t>t+3τ, где τ - тепловая постоянная полупроводникового кристалла прибора, достигается термодинамическое равновесие. После достижения данного состояния температура полупроводникового кристалла становится равной температуре корпуса, и охлаждение происходит с одинаковой тепловой постоянной. Через прибор пропускают импульс измерительного тока и измеряют и запоминают значения термочувствительного параметра u(t) при протекании измерительного тока и температуры корпуса прибора T(t), после чего рассчитывают тепловое сопротивление переход-корпус R как:
<mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>t</mi><mi>h</mi><mi>j</mi><mi>c</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mfrac><mrow><mi>lg</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>u</mi><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>lg</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>u</mi><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mi>a</mi></mfrac><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mi>C</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>C</mi><mtext> </mtext><mi>M</mi><mi>A</mi><mi>X</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>t</mi><mi>o</mi><msub><mi>t</mi><mrow><mi>У</mi><mi>С</mi><mi>Т</mi></mrow></msub></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>
,
j
2
j
0
C
0
<mrow><msub><mi>T</mi><mrow><msub><mi>C</mi><mrow><mi>M</mi><mi>A</mi><mi>X</mi></mrow></msub></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>t</mi><mi>o</mi><msub><mi>t</mi><mrow><mi>У</mi><mi>С</mi><mi>Т</mi></mrow></msub></mrow></msub></mrow>
a
где: u(t) - значение термочувствительного параметра полупроводникового прибора в момент прекращения протекания греющего тока; u(t) - значение термочувствительного параметра полупроводникового прибора в его начальном термодинамическом равновесии;
- значение температуры корпуса полупроводникового прибора в момент прекращения протекания греющего тока; T(t) - значение температуры корпуса полупроводникового прибора в его начальном термодинамическом равновесии;
- среднее значение мощности потерь в установившемся тепловом режиме в процессе нагрева;  - коэффициент, рассчитываемый по формуле:
<mrow><mi>a</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>lg</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>u</mi><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>lg</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>u</mi><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msub><mi>T</mi><mi>C</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mi>C</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow>
,
j
3
C
3
где: u(t) - значение термочувствительного параметра полупроводникового прибора в состоянии термодинамического равновесия в режиме охлаждения; T(t) - значение температуры корпуса полупроводникового прибора в состоянии термодинамического равновесия в режиме охлаждения.
Переходное тепловое сопротивление переход-корпус рассчитывают как:
<mrow><msub><mi>Z</mi><mrow><mi>t</mi><mi>h</mi><mi>j</mi><mi>c</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mfrac><mrow><mi>lg</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>u</mi><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mi>lg</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>u</mi><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mi>a</mi></mfrac><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mi>C</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mi>C</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>t</mi><mi>o</mi><msub><mi>t</mi><mi>n</mi></msub></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>
,
<mrow><msub><mi>u</mi><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>T</mi><mi>C</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>t</mi><mi>o</mi><msub><mi>t</mi><mi>n</mi></msub></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>t</mi><mrow><mi>h</mi><mi>e</mi><mi>a</mi><msup><mi>t</mi><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></msub></mrow>
где:
- значение термочувствительного параметра полупроводникового прибора в момент времени
в процессе нагрева прибора;
- значение температуры корпуса полупроводникового прибора в момент времени
в процессе нагрева;
- средняя мощность потерь, выделяемая прибором за интервал времени
.
heat
tot
heat
Сущность заявляемого решения поясняется фиг.1, на котором в качестве примера отображены временные зависимости информативных параметров МДП-транзистора с изолированным затвором на всех этапах измерения при использовании полусинусоидальной формы греющего тока i. Регулирование мощности потерь P осуществляется фазой греющего тока i.
Признаками, отличающими заявляемое техническое решение от прототипа, являются:
1) измерения значений термочувствительного параметра и температуры корпуса проводятся при пропускании через прибор импульса измерительного тока, амплитуда и длительность которого не влияет на термодинамическое состояние прибора, по окончании переходных процессов;
<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>t</mi><mi>o</mi><msub><mi>t</mi><mi>n</mi></msub></mrow></msub></mrow>
2) регулирование выделяемой прибором мощности
осуществляется на всем интервале нагревания прибора;
j
3) при расчете статического и переходного тепловых сопротивлений используется линейная температурная зависимость lg(u)(T);
thjc
4) дополнительно определяется переходное тепловое сопротивление переход-корпус Z;
5) в качестве испытуемых приборов используются МДП-транзисторы и биполярные транзисторы с изолированным затвором.
thjc
thjc
По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет определять значение теплового сопротивления переход-корпус R МДП-транзисторов и биполярных транзисторов с изолированным затвором и их переходное тепловое сопротивление переход-корпус Z. При этом увеличивается точность определения теплового сопротивления, снижаются временные затраты на весь процесс измерения, исключается вероятность отказа испытуемого прибора за счет регулирования мощности, выделяемой прибором, на всем этапе нагрева прибора.