[發明專利]一種用于獲取功率模塊結溫熱阻模型的測試電路及方法

在審

• 申請號: 202110383515.4
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113125927A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 王志虎;周偉波;高云;汪振曉;黃堰武
• 申請（專利權）人: 東風汽車動力零部件有限公司;四川宜途汽車電子科技有限公司
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 成都科泰六核知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51286
• 代理人: 楊正輝

本發明公開了一種用于獲取功率模塊結溫熱阻模型的測試電路及方法，通過巧妙利用溫度的變化關系，將溫升公式中IGBT和二極管溫升物理特性，轉化為實際檢測過程中的溫度的下降變化過程，進而通過求解IGBT與二極管在不同功耗下的降溫曲線實現對功率模塊的檢測得到獲取功率模塊結溫熱阻值，測試電路簡單，測試方法簡單易控，利用PN結的溫敏參數對結溫進行直接測量，測量結果最接近實際溫度，無需對功率模塊進行特殊處理，適用于任意形式的功率模塊，具有較強的適用性。

技術領域

本發明涉及半導體測試技術領域，特別涉及一種用于獲取功率模塊結溫熱阻模型的測試電路及方法。

背景技術

IGBT模塊作為一種功率元件，通常封裝有多個功率開關。每個功率開關(功率模塊)由一個IGBT和一個二極管(英文：二極管)并聯組成。應用中電流分時流過IGBT和二極管，產生大量的熱量。當熱量超過半導體所能承受的范圍時，功率模塊就會損壞。因此獲取功率模塊內部結溫，調節控制算法限制內部熱點溫度不超過最高結溫，對于保護功率模塊具有重要意義。現有技術中通常通過計算獲得內部結溫，在計算內部結溫過程中，如何獲得較為精確的功率模塊結溫熱阻值是急需解決的問題。

現有技術方法通常利用熱敏電阻溫度變化曲線以及結溫響應曲線，依次求得開關器件的熱敏阻抗曲線，進而對熱敏阻抗曲線擬合得到熱阻抗表達式，再利用熱阻抗表達式得到二階FOSTER熱阻抗等效電路，進而建立熱阻網絡模型。該方法復雜，計算量大，適用于三相逆變器全橋電路，不適于單個功率模塊(包括IGBT以及二極管)。

對單個功率模塊而言，現有技術方法通常采用對功率模塊進行開蓋處理，去掉上蓋后用熱成像儀測量功率模塊運行時內部芯片和二極管的溫度，同時在功率模塊的外殼上布置溫度傳感器，用來測量IGBT工作時外殼的溫度，然后通過兩者之間所測量的溫度，計算出功率模塊的結溫熱阻。但針對于該單個功率模塊的熱阻測試方法為了實現熱成像儀測試、避免反射影響，需要將功率模塊內部填充物做成黑色、需要將功率模塊的芯片進行定制(能夠被熱成像儀檢測到)，這種定制功率模塊的制作成本極高；并且該測試方法需要對功率模塊開蓋，對注模型功率模塊不適用，適用性不強。例如，申請號為2014100380886的中國專利公開的一種測量IGBT穩態熱阻值的方法，通過IGBT器件的正面開帽，完全露出IGBT器件的芯片表面，通過紅外熱成像儀間接得到功率模塊內部芯片和二極管的溫度，測試成本高、準確性較差、且不適用于注模式功率模塊或者雙面冷卻式功率模塊。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中針對于單個功率模塊結溫熱阻值測試方法所存在的測試成本高、準確性較差、不適用于注模式功率模塊或者雙面冷卻式功率模塊的缺陷，提供一種用于獲取功率模塊結溫熱阻模型的測試電路及方法，本方法測試過程簡單、測試成本較低，能夠準備測試出單個功率模塊的結溫熱阻模型。

為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案：

一種用于獲取功率模塊結溫熱阻模型的測試電路，包括：控制電路、第一恒流測試源、第二恒流測試源、電壓源和加熱電流源；所述電壓源、加熱電流源、第一恒流測試源、第二恒流測試源均連接于所述控制子電路，所述電壓源、加熱電流源、第一恒流測試源、第二恒流測試源均用于在所述控制電路的控制下連接至功率模塊；其中，所述功率模塊包括：IGBT和二極管；

所述控制電路用于控制所述第一恒流測試源輸出第一測試電流至所述IGBT，獲取預設測試電流條件下，所述IGBT的柵極和發射極之間的壓降隨所述IGBT的結溫變化的曲線，擬合得到IGBT的溫敏系數；

所述控制電路用于控制所述第二恒流測試源輸出第二測試電流至所述二極管，獲取預設測試電流條件下，所述二極管的正極和負極之間的壓降隨所述二極管的結溫變化的曲線，擬合得到二極管的溫敏系數；