[發明專利]一種GaN器件結溫和熱阻監測電路及方法

在審

• 申請號: 202210224244.2
• 申請日: 2022-03-07
• 公開（公告）號: CN114740323A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 王凱宏;魯金科;邾玢鑫;周子牛;朱一荻
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 吳思高

一種GaN器件結溫和熱阻監測電路及方法，包括：微處理器，用于控制GaN器件開通與關斷，還用于采集GaN器件的漏極電流I_DS并計算器件結溫；恒流源監測電路，用于根據微處理器的信號控制GaN器件開關，并在開通時向GaN器件提供恒定的門極電流；安裝在GaN器件的管殼上的熱電偶，用于測量GaN器件的殼溫；電壓源，用于在GaN器件的漏?源極間給GaN器件施加電壓，使GaN器件工作在有源區。本發明一種GaN器件結溫和熱阻監測電路及方法，使得在不對其進行拆卸的情況下，既能獲取器件結溫，同時能方便準確的監測GaN器件熱阻；具備便捷簡單的優點。

技術領域

本發明涉及GaN器件監測技術領域，具體涉及一種GaN器件結溫和熱阻監測電路及方法。

背景技術

電力電子裝置具有較高的能量轉換效率和較好的受控能力，已被廣泛應用于新能源發電、交通牽引、航空航天等領域，半導體器件是電力電子裝置的核心組成部分，也是電力電子裝置中最脆弱的部件，電力半導體器件對于電力電子裝置的可靠性具有重要影響，因此提高電力電子裝置的可靠性能滿足更嚴格的安全和成本需求。GaN材料作為第三代半導體材料，具有禁帶寬度大、擊穿電場強度高、電子飽和漂移速度高、熱導率高等優點，使用其制成的GaN器件耐壓能力高、導通電阻小、開關速度快、開關頻率高，具有Si器件無法比擬的優勢。總之，GaN基電力電子器件技術是一項具有戰略性的高新技術，對軍用和民用領域都有極其重要的價值，國內外的很多半導體公司和研究機構對其進行了深入研究，開發了一系列應用于智能電源、車載逆變器等場合的GaN器件。GaN芯片與器件襯底、底座之間的連接是通過焊料連接實現的，但復雜惡劣的工況和交變的熱-機械應力使得GaN器件成為電力電子裝置中易老化損壞的器件之一。焊料層的老化會對器件的熱阻產生明顯影響，通過監測熱阻變化可以實現GaN器件焊料層缺陷的狀態監測。

現有的監測半導體器件熱阻的方法主要有非電氣量監測和電氣量監測。其中，非電氣量監測最常用的是紅外熱成像法，但這種方法使用成本高、儀器復雜，且會對器件造成不可恢復的損傷。而目前針對GaN器件結溫的電氣量監測很少。而傳統的針對硅基器件結溫的電氣量監測還未證實可用于GaN器件結溫監測。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種GaN器件結溫和熱阻監測電路及方法，使得在不對其進行拆卸的情況下，既能獲取器件結溫，同時能方便準確的監測GaN器件熱阻；具備便捷簡單的優點。

本發明采取的技術方案為：

一種GaN器件結溫和熱阻監測電路，包括：

微處理器，用于控制GaN器件開通與關斷，還用于采集GaN器件的漏極電流I_DS并計算器件結溫；

恒流源監測電路，用于根據微處理器的信號控制GaN器件開關，并在開通時向GaN器件提供恒定的門極電流；

安裝在GaN器件的管殼上的熱電偶，用于測量GaN器件的殼溫；

電壓源，用于在GaN器件的漏-源極間給GaN器件施加電壓，使GaN器件工作在有源區。

所述恒流源監測電路包括：運算放大器A1、A2、A3，電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12，電容C1；

電阻R1一端連接參考電壓U_ref端，電阻R1另一端連接運算放大器A1的反相輸入端，

電阻R2一端連接運算放大器A1的反相輸入端，電阻R2另一端連接運算放大器A1的輸出端；

電阻R3一端連接運算放大器A3的反饋信號端，電阻R3另一端接運算放大器A1的同相輸入端；

電阻R4一端連接運算放大器A1的同相輸入端，電阻R4另一端連接接地端；