基于饱和导通压降测量igbt结温的温度定标平台及实现igbt结温测量的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种IGBT结温的测量平台及方法。属于半导体测试领域。
【背景技术】
[0002]结温是IGBT模块的一个状态参量，模块运行时的结温水平对模块运行安全至关重要，IGBT模块本身具有一个最高工作结温限制，硅芯片的正常结温不能超过150°C，最新一代的器件不能超过175°C，如果模块的工作结温超过此限定值，则模块的安全会受到严重威胁。同时，IGBT的工作特性受温度影响很大，IGBT的半导体物理特性与器件内部参数，包括载流子迀移率、本征激发浓度、过剩载流子寿命、门槛电压以及跨导等都会随温度的变化而发生改变，从而导致IGBT的通态压降、关断电压尖峰、电流拖尾时间、开通、关断速度和损耗等性能指标都发生变化，同时工作寿命也会随温度的升高而降低。因此如果能在线测量出模块的结温状态，就能及时知道模块目前的结温波动状况，便于采取相应的控制措施来减小结温波动，增加模块的使用寿命。
[0003]目前比较成熟的结温测量方法主要有三种，分别是热传感器法、红外热探测法和TSP法。其中，热传感器法需要直接的物理接触，对于封装和芯片安装空间有一定要求，实际应用中难以达到安装要求；红外探测法需要光学仪器与芯片发热面正对，同样对于芯片封装和安装空间有一定要求；TSP法则不需要打开封装或安装外部设备，只需监测温敏电气参数即可，但一般只能在小电流下进行，因此其应用局限在实验室环境内。以上方法由于各自特点，均无法实现在线监测，而TSP法相对实现难度最小，对电路板空间要求不高，只需解决大电流下自发热的问题即可。因此提出一种可以适用于大电流工况的TSP法。
【发明内容】
[0004]本发明是为了解决现有的IGBT结温测量电路的安装平台对芯片封装和安装空间有一定要求，并对测量环境要求较高，无法实现大电流工况下的结温在线监测的问题，现提出基于饱和导通压降测量IGBT结温的温度定标平台及实现IGBT结温测量的方法。
[0005]基于饱和导通压降测量IGBT结温的温度定标平台，它包括恒温箱、IGBT温度定标电路、IGBT驱动设备、PXI测试机箱上的数字万用表模块、大电流稳压电源和大功率电阻，
[0006]IGBT温度定标电路包括IGBT、一号二极管D1、二号二极管D3、电阻Rl和电感LI，
[0007]IGBT的栅极连接电阻Rl的一端，电阻Rl的另一端作为IGBT驱动设备的驱动脉冲信号输出端，
[0008]IGBT的漏极同时连接二号二极管D3的阴极、电感LI的一端和一号二极管Dl的阳极，二号二极管D3的阳极同时连接IGBT的源极和电源地，IGBT的漏极和IGBT的源极作为PXI测试机箱上的数字万用表模块的两个测量端，
[0009]电感LI的另一端连接大功率电阻的一端，
[0010]一号二极管Dl的阴极同时连接大功率电阻的另一端和大电流稳压电源的正极，大电流稳压电源的负极连接电源地，
[0011]IGBT温度定标电路、IGBT驱动设备、PXI测试机箱上的数字万用表模块、大电流稳压电源和大功率电阻均位于恒温箱中，
[0012]恒温箱用于实现对IGBT温度定标电路的温度控制。
[0013]根据基于饱和导通压降测量IGBT结温的温度定标平台及实现IGBT结温测量的方法，它包括以下步骤:
[0014]步骤一、将基于饱和导通压降测量IGBT结温的温度定标平台放入恒温箱内，通过恒温箱设定内部起始温度为A°C，随后以B°C为间隔，逐渐增加到X°C ;A为工作环境初始温度为测量温度间隔，根据工作环境适当选择；X为该型号芯片结温上限；
[0015]步骤二、在每个测量温度A+nB°C下停留10分钟至30分钟，根据恒温箱上的温度显示面板确认恒温箱内部温度已经达到稳定，η为大于等于O的整数；
[0016]步骤三、温度稳定后接通大电流稳压电源，同时将设定的IGBT驱动设备的驱动脉冲信号输出给IGBT的栅极，用PXI测试机箱上的数字万用表模块采集IGBT的漏极和源极两端的信号，通过Labview记录下瞬态饱和导通电压VaJA值，
[0017]步骤四、断开大电流稳压电源和IGBT驱动设备的驱动脉冲信号，调节大功率电阻的阻值来改变电流I。值，在每个温度下的电流I。的值由电压源除以功率电阻得到；
[0018]步骤五、重复步骤一至步骤四获得每个温度下的电流I。值和该电流I c值所对应的瞬态饱和导通电压Vra的值，将获得每个温度下的电流I。值和该电流I c值所对应的瞬态饱和导通电压&￡的值输入matlab程序中进行线性拟合，获得结温T」、饱和导通压降Vra和集电极电流1。的线性关系平面；
[0019]步骤六、在大电流稳压电源接通下，给IGBT的栅极输入驱动脉冲信号，采用PXI测试机箱上的数字万用表模块对IGBT的集电极和发射极两端的信号进行采集，通过Labview记录下瞬态饱和导通电压Vra的值，并通过步骤四获得该Vce的值对应电流I。的值，然后带入步骤五中的结温Tp饱和导通压降Vra和集电极电流I。的线性关系平面，获得结温T J0
[0020]本发明的有益效果为:将同型号的IGBT放入温度定标电路中，置于恒温箱环境内，以实现该型号IGBT温度定标，通过恒温箱设定内部不同的温度，并且通过接通大电流稳压电源，将IGBT驱动设备的驱动脉冲信号输出给IGBT的栅极，对每个温度下的瞬态饱和导通电压Vra采样，并且在每个温度下测量完V CE的值后，断开大电流稳压电源和IGBT驱动设备的驱动脉冲信号，调节大功率电阻的阻值来改变每个温度下的电流1^1，在每个温度下的电流L的值由电压源除以功率电阻得到，将每个温度下Vra值和I。值进行拟合，获得可供查询的结温-饱和导通压降的关系曲面，再次对应用电路中的IGBT输入短脉冲驱动信号，采用PXI测试机箱上的数字万用表模块对IGBT的集电极和发射极两端的信号进行采集，通过Labview记录下瞬态饱和导通电压Vra的值，并通过得该V 的值获得对应电流I c的值，带入结温Tp饱和导通压降Vra和集电极电流I。的线性关系平面，获得结温T j,通过该方法对IGBT结温进行测量，对芯片空间安装没有要求，并且该平台仅包括恒温箱、IGBT温度定标电路、IGBT驱动设备、PXI测试机箱上的数字万用表模块、大电流稳压电源和大功率电阻，硬件平台简单且安装也简单，且应用该平台可以在任何环境下进行IGBT结温测量。
【附图说明】
[0021]图1为【具体实施方式】一所述的基于饱和导通压降测量IGBT结温的温度定标平台的原理示意图，
[0022]图2为【具体实施方式】一所述的基于饱和导通压降测量IGBT结温的温度定标平台的电路图，
[0023]图3为本发明所述的基于饱和导通压降测量IGBT结温的温度定标平台中Labview程序图，
[0024]图4为本发明所述的基于饱和导通压降测量IGBT结温的温度定标平台中Labview前面板，图中，STOP为停止键，停止正在执行的程序，
[0025]图5为【具体实施方式】六所述的温度定标测量结果拟合平面示意图。
【具体实施方式】
[0026]【具体实施方式】一:参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于饱和导通压降测量IGBT结温的温度定标平台，它包括恒温箱3、IGBT温度定标电路、IGBT驱动设备、PXI测试机箱上的数字万用表模块4、大电流稳压电源2和大功率电阻1，
[0027]IGBT温度定标电路包括IGBT、一号二极管D1、二号二极管D3、电阻Rl和电感LI，
[0028]IGBT的栅极连接电阻Rl的一端，电阻Rl的另一端作为IGBT驱动设备的驱动脉冲信号输出端，
[0029]IGBT的漏极同时连接二号二极管D3的阴极、电感LI的一端和一号二极管Dl的阳极，二号二极管D3的阳极同时连接IGBT的源极和电源地，IGBT的漏极和IGBT的源极作为PXI测试机箱上的数字万用表模块4的两个测量端，
[0030]电感LI的另一端连接大功率电阻I的一端，
[0031]一号二极管Dl的阴极同时连接大功率电阻I的另一端和大电流稳