功率器件结温和壳顶温度,差多少?

测量和校核开关电源、电机驱动以及一些电力电子变换器的功率器件结温,如MOSFET或IGBT的结温,是一个不可或缺的过程,功率器件的结温与其安全性、可靠性直接相关。测量功率器件的结温常用二种方法:

1、热电偶
2、红外热成像测温仪

“图1:热电偶”
图1:热电偶

“图2:红外热成像测温仪”
图2:红外热成像测温仪

为了提高热电偶的测量精度,需要对其做精确的温度补偿;热电偶本身要用特定的粘胶固定在测量器件的表面,固定的方式和接触面积都会影响测量的精度;相对于测量的功率器件,如果热电偶接触面积大,本身相当于散热器的作用,会严重的影响测量精度。

红外热成像仪不需要和器件接触,因此测量过程对测量的精度几乎没有影响,因此近年来获得大量的使用。红外热成像测温仪得到温度如图3所示,温度最高的点为功率器件,那么这个温度是功率器件的结温,还是功率器件塑料外壳顶部的温度?

“图3:红外热成像测温仪测量温度”
图3:红外热成像测温仪测量温度

毫无疑问,测量的这个温度是功率器件塑料外壳顶部,那么这个温度和功率器件内部硅片的结温一样吗?当然不一样,功率器件内部硅片的结温高于塑料外壳顶部的温度。结温和壳顶温度差多少?

数据表中,RthJC是结到壳(底部铜皮)的热阻,不是结到壳顶的热阻,如下表所示。RthJT+RthTA 远远大于RthJC+ RthCA,只有很少的一部分热量从壳顶导出,因此结温和壳顶温度差异很小。

DFN5*6

“”

TO220F

“”

“图4:底部有铜皮功率器件的热阻”
图4:底部有铜皮功率器件的热阻

没有简单的方法来估算这个差值,仿真的差值如下图所示。不同的封闭类型、不同的外壳材料等因素都会影响到这个差值,经验值通常取5-10℃左右。

“图5:红外热成像测温仪测量温度和仿真温度”
图5:红外热成像测温仪测量温度和仿真温度

经常有工程师问到这样的问题,如何才能准确的测量到功率器件内部硅片的结温?

静态的条件下,可以测量功率器件内部寄生的二极管的压降,通过校核的结温曲线,查到相应的内部硅片的结温。在实际电路工作的条件下,不太可能测量内部寄生的二极管的压降,因此实时的测量内部硅片的结温也不太现实。

对于特定器件,可以使用上述静态的方式,结合红外热成像测温仪,校核它们之间的差值,然后在实际的测量中,使用这个差值来得到结温。

本文转载自: 刘松 松哥电源
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