一种器件耦合热阻抗的测量装置及方法与流程

本发明涉及测量器件耦合热阻抗，特别涉及一种器件耦合热阻抗的测量装置及方法。

背景技术：

1、随着电力电子技术的发展，功率模块的功率密度也在提高，结温也随之提高，温度成为影响其可靠性的重要因素。其中器件的并联应用越来越广泛，在器件并联应用中，器件的功率损耗不仅会对自身温度造成影响，并联的器件之间由于热耦合效应，相邻近的器件温度也会互相产生影响，器件结温受到热耦合效应的影响而增大，尤其是位于内围位置的器件受到四周多个器件的热耦合影响，其温度整体高于外围边缘上的器件。随着器件功率的提升及并联数量的增多，热耦合效应对温度的影响越来越大，由于热耦合效应引起的温升问题也变得不可忽略。而研究一个电子器件对另一电子器件的热耦合影响对于模块的热管理、寿命预测以及评估可靠性至关重要。通过对耦合热阻抗的测量，不仅可以表征器件间的热传递效应，还可以建立更加完善的rc热网络模型，更精准的预测结温。

2、目前，两个器件间的耦合热阻抗的测量通常是通过温度传感器或其他温度测量仪获取升温或降温曲线，再经过计算获得一个器件对另一个器件的耦合热阻抗；还可以通过搭建电路使用温敏电参数法获取结温，在该过程中，需要快速将加热电流转换为测试电流进行温敏参数测量。

3、前者通过温度测量仪器获取器件中芯片温度变化，误差较大，只能测量一个器件对另一个器件的耦合热阻抗，对于多器件的应用场景来说，需要进行多次试验，操作复杂又繁琐。后者温敏电参数测量时，存在加热电流切换测试电流的过程，转换电流的时间会影响最高温度的采集，此过程的时间长度还会影响测量结果精度，使计算得到的耦合热阻抗偏小。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中通过温度测量仪器获取器件间的耦合热阻抗的操作方式繁琐且测量不准确、温敏电参数法获取器件间的耦合热阻抗的过程中转换电流的时间影响获取器件结温且测量精度降低的问题，本发明提供了一种器件耦合热阻抗的测量装置及方法。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明提供了一种器件耦合热阻抗的测量装置，包括：

4、pcb板及设置在pcb板上的第一器件与第二器件，所述第一器件两端连接有加热电路，所述加热电路上设置有加热电源及第一信号模块，所述加热电源和所述第一器件串联，所述第一信号模块并联在所述第一器件的栅极和负极两端，所述第二器件两端连接有测试电路，所述测试电路上设置有测试电源、采集系统及第二信号模块，所述测试电源和所述第二器件串联，所述第二信号模块并联在所述第二器件的栅极和负极两端，所述采集系统并联在所述第二器件的正负极两端，所述第二器件通过采集系统采集得到第二器件在小电流下受第一器件温度影响的饱和压降随时间变化曲线；

5、所述第二器件通过第二信号模块提供稳定电压以保持常开状态，所述第二器件与第一器件相邻设置，所述第二器件随第一器件的升温和降温而升温和降温。

6、进一步地，所述第一信号模块提供第一开通信号，所述第一开通信号的开通、关断状态控制第一器件的升温、降温，所述第一开通信号为阶跃信号。

7、进一步地，所述第二信号模块提供第二开通信号，所述第二器件随第一器件的升温或降温而升温或降温时，所述第二开通信号保持开通状态，所述第二开通信号为常开信号。

8、进一步地，所述第一器件至少包括一个，所述第一器件为两个以上时，每个所述第一器件上分别连接有加热电路。

9、进一步地，所述第二器件至少包括一个，所述第二器件为两个以上时，每个所述第二器件上分别连接有测试电路。

10、本发明还提供了一种器件耦合热阻抗的测量方法，通过上述任一项所述的测量装置实现器件耦合热阻抗的测量，包括以下步骤：

11、s1：将第一器件与第二器件布置到pcb板上，并在第一器件、第二器件上分别连接加热电路、测试电路；

12、s2：打开加热电路对第一器件进行加热，同时打开测试电路并采集得到第二器件在小电流下受第一器件温度影响的饱和压降随时间变化曲线；

13、s3：第二器件采集到的小电流下的饱和压降随时间变化曲线通过第二器件的特征曲线转换为第二器件的温度变化曲线；

14、s4：通过第二器件的温度变化曲线计算出第一器件对第二器件的耦合热阻抗。

15、进一步地，所述步骤s2包括：

16、所述第一器件在第一信号模块开通后进行升温至第一热平衡状态，升温时段为0-t1，所述第一器件在第一信号模块关断后进行降温至第二热平衡状态，降温时段为t1-t2；

17、所述第二器件受第一器件加热影响而升温至第三热平衡状态，升温时段为0-t1，所述第二器件受第一器件降温影响而降温至第四热平衡状态，降温时段为t1-t2。

18、进一步地，所述步骤s2还包括：

19、打开所述测试电路和所述采集系统的时刻与打开加热电路的时刻相同或早于。

20、进一步地，所述步骤s3包括：

21、所述第二器件的特征曲线的表达式为：

22、v(t)＝k×tj(t)+b          (1)；

23、其中，v(t)为第二器件在小电流下的饱和压降，tj(t)为第二器件的温度变化曲线；

24、所述第二器件的温度变化曲线包括升温曲线t1(t)与降温曲线t2(t)。

25、进一步地，所述步骤s4包括：

26、所述第一器件通过第二器件的升温曲线t1(t)计算出对第二器件的耦合热阻抗：

27、

28、其中，zth(1-2)为第一器件在升温过程中对第二器件的耦合热阻抗，t1(t)为第二器件在0-t1时段内的升温曲线，t2(t＝0)为第二器件的初始温度，p1为第一器件被加热过程中负载电流的功率值；

29、所述第一器件通过第二器件的降温曲线t2(t)计算出对第二器件的耦合热阻抗：

30、

31、其中，zth(1-2)为第一器件在降温过程中对第二器件的耦合热阻抗，t2(t)为第二器件在t1-t2时段内的降温曲线，t2(t＝t1)为第二器件降温过程中的初始温度，即为第二器件的最高温度，p1为第一器件被加热过程中负载电流的功率值。

32、进一步地，所述步骤s4还包括：

33、通过第一器件对第二器件的耦合热阻抗计算得到耦合热阻与耦合热容，通过以下表达式获得：

34、

35、其中，rth(1-2)为第一器件对第二器件的耦合热阻，cth(1-2)为第一器件对第二器件的耦合热容，t为第一器件升温或降温的时段。

36、本发明的有益效果至少包括：

37、(1)通过本发明提供的测量方法，测量一次就能够获取测试器件的升温曲线及降温曲线，操作更简单、方便；

38、(2)通过第一器件连接加热电路、第二器件连接测试电路的方式实现获取耦合热阻抗的值，通过两条电路的搭建实现温敏电参数持续采集，并改变采样频率提高测量结果精度，更加准确，降低误差；

39、(3)通过本发明提供的测量装置及方法，实现一次性测量出一个器件对多个器件的耦合热阻抗，或多个器件对一个器件的耦合热阻抗。