[發明專利]半導體功率器件結溫仿真電路

有效

• 申請號: 201310563826.4
• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN104634466B
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 孫銑;周鵬;王金亮
• 申請（專利權）人: 北京華峰測控技術有限公司
• 主分類號: G01K7/00
• 分類號: G01K7/00
• 代理公司: 北京國林貿知識產權代理有限公司 11001
• 代理人: 李桂玲

本發明公開了一種半導體功率器件結溫仿真電路，利用電學中RC積分電路充電公式與熱學中的溫升公式近似相同的原理，用積分器的電學模型仿真功率器件的熱學模型，從而得到功率器件的實時結溫信息。其特征是：結溫仿真電路利用RC積分器上的積分電壓動態模擬功率器件的結溫升；電路中的RC時間常數等于熱學模型中的熱響應時間；電路中的電壓輸出與熱學模型中的功率器件結溫呈簡單線性關系；電路具有環境溫度補償功能；電路可在恒定直流、單脈沖、重復脈沖及任意波形等各種工作方式下完成電學到熱學的仿真；電路在結溫超限時提供切斷功率級及報警信號；電路在結溫恢復正常時自動恢復功率級的正常工作。

技術領域

本發明公開了一種半導體功率器件結溫仿真電路，其功能和性能適合于半導體器件專用測試設備中需要實時監測半導體功率器件結溫的場合，同時也適用于其它需要實時監測半導體功率器件結溫升的需求。

背景技術

半導體功率器件在應用過程中會因為其自身消耗功率而結溫升高，當結溫高于規定的最高結溫時就有可能導致損壞，所以在使用功率器件的功率放大器中一方面需要給功率器件采取散熱措施(例如加裝散熱器及通風)，另一方面要限定用戶對功率放大器的使用條件(例如在直流狀態下限定電流、電壓、功率，在脈沖狀態下限定脈沖電流、脈沖寬度和占空比等)。盡管如此，在用戶可編程的系統中仍有可能因為應用不合理導致功率器件超出其安全工作區，進而使功率器件造成損壞。為解決該問題，在一些使用功率器件的功率放大器中可以將功率器件的外殼溫度或散熱器的溫度測回，作為功率部件安全保護的依據，但是仍然還是存在一些無法解決的問題，主要在于：

1.外殼或散熱器的溫度低于功率器件的結溫(芯片溫度)，而且二者之間的溫差并非一個固定值(視功率大小而定)，用外殼或散熱器溫度作為功率器件安全保護的依據并不科學。

2.在脈沖工作方式下，功率器件外殼或散熱器的溫升滯后于功率器件的結溫升，在大功率脈沖下往往散熱器溫度并不高，但功率器件的結溫瞬時早已經超過規定的最高結溫，進而導致功率器件損壞。

因此只有實時獲取功率器件的結溫才有可能有效保護功率器件的安全工作，但這對于大多數不具備內部測溫功能的功率器件來說幾乎不可能做到，所以功率器件結溫的實時測量和過溫保護成了功率器件安全應用的難題。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明利用電學中RC積分電路充電公式與熱學中的溫升公式近似相同的原理，設計出一種功率器件結溫仿真電路，用積分器的電學模型仿真功率器件的熱學模型，從而得到功率器件的實時結溫信息，為過溫保護線路提供了科學、有效的保護依據。

解決相關技術問題所采用的技術方案是：設計一種模擬功率器件散熱模型的功率器件結溫仿真電路。

其特征是：結溫仿真電路利用RC積分器上的積分電壓動態模擬功率器件的結溫升；電路中的RC時間常數等于熱學模型中的熱響應時間；電路中的電壓輸出與熱學模型中的功率器件結溫呈簡單線性關系；電路具有環境溫度補償功能；電路可在恒定直流、單脈沖、重復脈沖及任意波形等各種工作方式下完成電學到熱學的仿真；電路在結溫超限時提供切斷功率級及報警信號；電路在結溫恢復正常時自動恢復功率級的正常工作。

本發明的有益效果是，采用簡單的模擬電路實時仿真了功率器件的結溫升模型，實現了對功率器件結溫的間接測量及仿真，為過溫保護電路提供了科學、有效的保護措施和信息，進而提高了功率器件的使用安全性和可靠性。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是熱學基本模型和電學基本模型的比較圖。

圖2是有熱容量的熱傳導過程模型和有電容量的電傳導過程模型的比較圖。

圖3是半導體功率器件結溫仿真電路原理圖。

具體實施方式

圖1中的熱學基本模型可表示為：