СПОСОБ ОЦЕНКИ ТЕПЛОВОГО ПАРАМЕТРА СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR EVALUATING THERMAL PARAMETER OF POWER SEMICONDUCTOR INSTRUMENTS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для измерения тепловых параметров силовых полупроводниковых приборов и контроля их качества, в том числе для отбраковки потенциально ненадежных образцов.
Известен способ и устройство для определения (измерения) величины теплового сопротивления силовых полупроводниковых приборов, которые предполагают наличие предварительно построенной градуировочной характеристики для каждого силового полупроводникового прибора, т.е. зависимость какого-либо параметра силового полупроводникового прибора от температуры (Бардин В.М. Аппаратура и методы контроля параметров силовых полупроводниковых вентилей / Бардин В.М., Моисеев Л.Г., Сурочан Ж.Г., Чебовский О.Г. - М.: Энергия, 1971. - С. 76-79, 84-86).
Недостатком известного способа является длительность процесса измерения, которая может достигать многих десятков минут.
Известен способ определения теплового сопротивления переход-корпус полупроводниковых диодов. Ускорение измерения теплового сопротивления достигается путем расчета итогового показателя на основе данных о скорости нарастания длительности греющих импульсов тока и скорости изменения температурочувствительного параметра. Используется усредненная для данного типа силового полупроводникового прибора градуировочная характеристика (RU 2178893, МПК G01R 31/26, опубл. 27.01.2002).
T
Недостатком известного способа является снижение точности измерения и возможность появления больших ошибок при измерении теплового сопротивления R.
T
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является экспресс-метод измерения теплового сопротивления переход-корпус силовых полупроводниковых приборов в корпусном исполнении. Способ не требует построения градуировочных зависимостей и основан на предположении, что процесс нагрева силового полупроводникового прибора и процесс его остывания примерно одинаковы по временным параметрам и динамике. Измеряя значения термочувствительного параметра в определенных точках на графиках этих процессов, можно определить значение теплового сопротивления R путем вычислительных операций (RU 2240573, МПК G01R 31/26, опубл. 20.11.2004).
Недостатками известного экспресс-метода являются значительная длительность процессов нагрева и охлаждения мощных полупроводниковых приборов, подача измерительных импульсов тока с амплитудой, равной величине греющего тока, приводящая к дополнительному нагреву полупроводниковой структуры на этапе остывания прибора и дополнительному потреблению энергии, а также сложность расчетной реализации обработки результатов измерения.
Технический результат заключается в сокращении времени оценки теплового параметра силового полупроводникового прибора, уменьшении потребления энергии в процессе измерения, более простой расчетной и технической реализации.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе оценки теплового параметра силовых полупроводниковых приборов измеряют параметры силового полупроводникового прибора в процессе его нагрева большим током. Через силовой полупроводниковый прибор пропускают однократный импульс силового тока произвольной формы с амплитудой, близкой к предельно допустимому для данного силового полупроводникового прибора значению, и длительностью в единицы-десятки миллисекунд, достаточной для нагрева полупроводниковой структуры. В процессе нагрева в качестве оцениваемого параметра измеряют ширину петли теплового гистерезиса прямой вольтамперной характеристики силового полупроводникового прибора.
Устройство для измерения ширины петли теплового гистерезиса прямой вольтамперной характеристики силового полупроводникового прибора содержит генератор импульсов, подключаемый к силовому полупроводниковому прибору. Силовой полупроводниковый прибор подключается к пороговому датчику тока и ключу, входящим в измерительное устройство. Измерительное устройство состоит из порогового датчика тока, подключенного к соединенным последовательно ключу и аналогово-цифровому преобразователю, выход которого подключается к входу регистра, соединенного с вычислительным устройством, к которому подключается устройство индикации. Система управления подключается к генератору импульсов, силовому полупроводниковому прибору и измерительному устройству.
На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для измерения ширины петли теплового гистерезиса прямой вольтамперной характеристики силового полупроводникового прибора; на фиг. 2 - характерный вид петли теплового гистерезиса прямой вольтамперной характеристики силового полупроводникового прибора.
Устройство для измерения ширины петли теплового гистерезиса прямой вольтамперной характеристики силового полупроводникового прибора (фиг. 1) содержит генератор импульсов 1, подключенный к силовому полупроводниковому прибору 2. Силовой полупроводниковый прибор 2 подключается к пороговому датчику тока 3 и ключу 4. Измерительное устройство 5 состоит из порогового датчика тока 3, подключенного к ключу 4 и аналогово-цифровому преобразователю 6. Ключ 4 соединяется с аналогово-цифровым преобразователем 6. Выход аналогово-цифрового преобразователя 6 подключается к входу регистра 7. Регистр 7 соединяется с вычислительным устройством 8, к которому подключается устройство индикации 9. Система управления 10 соединена с генератором импульсов 1, силовому полупроводниковому прибору 2 и измерительному устройству 5.
0
0
А
Б
Устройство работает следующим образом. Генератор импульсов тока 1 по команде системы управления 10 формирует однократный импульс силового греющего тока, который, протекая через силовой полупроводниковый прибор 2, нагревает его, в результате чего формируется петля теплового гистерезиса прямой вольтамперной характеристики (фиг. 2). Ширина этой петли на установленном уровне Ι силового греющего тока оценивается измерительным устройством 5. Оценку теплового параметра силового полупроводникового прибора 2 осуществляют следующим образом. Напряжение, пропорциональное току через силовой полупроводниковый прибор 2, поступает на пороговый датчик тока 3, который дает разрешение на считывание информации о величине падения напряжения на силовом полупроводниковом приборе 2 только при достижении греющим током заранее установленной величины I (точки А и Б, фиг. 2). Импульсы с порогового датчика тока 3 на короткое время открывают ключ 4 для считывания с помощью аналогово-цифрового преобразователя 6 информации о величине падения напряжения ΔU на силовом полупроводниковом приборе 2 на восходящей и нисходящей ветвях гистерезисной петли. Информация записывается в регистр 7 и передается далее в вычислительное устройство 8 для оценки величины ΔU-ΔU, затем на устройство индикации 9. Выводится величина разности напряжений, пропорциональная ширине петли теплового гистерезиса прямой вольтамперной характеристики. По ширине петли можно судить о величине теплового сопротивления силового полупроводникового прибора 2 и сортировать приборы по качеству.
За оцениваемый параметр силового полупроводникового прибора 2 принимается не его тепловое сопротивление, а ширина петли теплового гистерезиса прямой вольтамперной характеристики силового полупроводникового прибора 2, которая оценивается на одном импульсе греющего тока длительностью единицы-десятки миллисекунд (в зависимости от мощности силового полупроводникового прибора 2). Поскольку требуется только один импульс большого тока малой длительности, достигается сокращение времени измерения теплового параметра и уменьшение потребления энергии при измерении одного образца силового полупроводникового прибора 2. При протекании греющего тока через силовой полупроводниковый прибор 2 происходит нагревание его полупроводникового элемента, что приводит к изменению положения прямой вольтамперной характеристики, в результате чего в системе координат «ток I - падение напряжения ΔU» формируется петля теплового гистерезиса. Чем больше нагрет силовой полупроводниковый прибор 2, тем шире эта петля. Один из параметров этой петли, например ее ширина, принимается за критерий теплового состояния силового полупроводникового прибора 2, позволяющий сравнивать по степени нагрева приборы одной партии и отбраковывать потенциально ненадежные силовые полупроводниковые приборы, в том числе с дефектами контактных соединений.
По сравнению с известным решением предлагаемое сокращает время оценки теплового параметра силового полупроводникового прибора путем измерения ширины петли теплового гистерезиса прямой вольтамперной характеристики силового полупроводникового прибора при пропускании одного импульса греющего тока длительностью единицы-десятки миллисекунд и позволяет упростить техническую и расчетную реализацию измерительного устройства, поскольку требуется только измерение прямой вольтамперной характеристики, и уменьшает потребление энергии в процессе измерения.