[發明專利]一種雙極型晶體管器件熱阻構成測量裝置與方法

有效

• 申請號: 201910003679.2
• 申請日: 2019-01-03
• 公開（公告）號: CN109738777B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 馮士維;肖宇軒;石幫兵;白昆;何鑫
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

1.一種雙極型晶體管器件熱阻構成測量裝置，其特征在于，該裝置包括：計算機，串口轉USB模塊，測量被測雙極型晶體管器件 溫升和熱阻構成的測試儀，被測雙極型晶體管器件工作電源，被測雙極型晶體管器件，恒溫平臺；

測試儀包含FPGA單元，集電極-地連接開關，發射極-地連接開關，被測雙極型晶體管器件工作電源開關，被測雙極型晶體管器件測試電流源，被測雙極型晶體管器件基極驅動模塊，電壓電流采集單元，工作電流采樣電阻；

被測雙極型晶體管器件放置于可調溫的恒溫平臺上；計算機是控制中心，實現信號指令的發送，數據的傳輸、保存與計算；計算機通過串口模塊發送指令控制FPGA單元，分別接入集電極-地連接開關、發射極-地連接開關、工作電源開關、測試電流源和被測雙極型晶體管器件基極驅動模塊；集電極-地連接開關一端連接在被測雙極型晶體管器件的集電極，一端與地相連；發射極-地連接開關一端連接在被測雙極型晶體管器件發射極，一端與地相連；測試電流源和被測雙極型晶體管器件基極驅動模塊都是一端連接FPGA單元，一端與被測雙極型晶體管器件的基極相連；電壓電流采集單元分別連接在工作電流采樣電阻、被測雙極型晶體管器件集電極和基極，最后將數據上傳到計算機；被測雙極型晶體管器件工作電源則連接到被測雙極型晶體管器件工作電源開關的一端；被測雙極型晶體管器件工作電源開關的一端連接在工作電流采樣電阻的一端，工作電流采樣電阻的一端連接在被測雙極型晶體管器件的集電極；

測量被測器件溫度系數的方法，包括以下步驟：

1)將被測器件接觸放置在可調溫的恒溫平臺上；連接好被測器件上的基極、集電極和發射極導線；設置恒溫平臺的溫度T1；

2)通過計算機設置被測雙極型晶體管器件測試電流源的測試電流，該值小于所加功率的工作電流的1％，以保證產生的溫升能忽略；先由FPGA單元關閉發射極-地連接開關和工作電源開關，然后計算機通過被測雙極型晶體管器件電壓電流采集單元采集測試電流下被測器件基極-集電極的電壓；

3)將恒溫平臺升高溫度到T2，重復步驟2)，得到相同測試電流下的電壓；多次改變恒溫平臺的溫度，重復步驟2)的測量；利用最小二乘法計算出基極-集電極溫度系數ɑ；

測量被測器件溫升和熱阻的方法，包括以下步驟：

Ⅰ、將被測器件接觸放置到可調溫度的恒溫平臺上，連接好被測器件基極、集電極和發射極，設置恒溫平臺溫度為T0；

Ⅱ、啟動測量程序，設置計算機發指令給測試電流源，輸出與測試溫度系數時相同的測試電流，關閉工作電源開關和發射極-地連接開關，打開集電極-地開關；通過電壓電流采集單元，采集未施加工作電壓電流下的被測雙極型晶體管器件基極-集電極之間的電壓V ₀；

III、通過計算機設置基極-集電極電壓V_BC，測試電流I_TEST，被測器件工作時間t_H，冷卻采集時間t_C；

IV、執行測量程序，通過FPGA單元產生相應的時序控制，控制集電極-地連接開關關閉、發射極-地連接開關打開、被測雙極型晶體管器件工作電源開關打開；使被測雙極型晶體管器件處在設定工作電壓電流下，同時通過電壓電流采集單元采集集電極電壓V _C和電流I _C；在施加功率時間t_H后，FPGA單元發出控制指令，打開集電極-地連接開關、關閉發射極-地連接開關和被測雙極型晶體管器件工作電源開關，同時電壓電流采集單元采集被測雙極型晶體管器件的基極-集電極電壓V(t)，采集時間即為冷卻采集時間t_C；

V、利用測得的被測雙極型晶體管器件溫度系數，被測雙極型晶體管器件的溫度隨時間的變化△T(t)＝[V(t)-V₀ ]/α，被測雙極型晶體管器件工作時的功率P＝V_C *I_C，則熱阻：R_th(t)＝△T(t)/(V_C *I _C )；測試儀對ΔT(t)曲線進行計算，得到被測雙極型晶體管器件的熱阻構成。