【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及sic功率器件领域的检测技术，具体涉及一种基于栅源电压表征sicmosfet功率器件结温和热阻的方法。
技术介绍
1、作为替代si基器件的新一代半导体，sic功率器件因具有高功率密度、高开关频率、高化学稳定性等明显优势，在航天领域产品中具有巨大的应用前景。其中，sic金属-氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)因在中小容量高频变换器中广泛应用，而成为未来航天产品的应用发展方向之一。
2、尽管sic mosfet器件具有更高的化学稳定性和耐高温能力，但是在缩小体积、提高功率密度的同时却降低了其短路电流的耐受能力，最终导致sic mosfet器件失效。sicmosfet器件失效的主要原因为结温过高和结温变化幅度过大，其占比超过50％。结温变化会显著影响sic mosfet器件的各物理参数，使其特性发生改变，还会破坏器件的绝缘层。因此，如何精准在线监测sic mosfet功率器件的结温成为急需解决的问题，从而有效降低器件故障率和维修费用。
3、目前结温监测方法主要有四种:物理接触测量法、光学测量法、热阻模型预测法和电学法。
4、(1)物理接触测量法是将热电偶或热敏电阻直接放置于器件内部测量结温。但由于热电偶或热敏电阻的温度达到稳定需要的时间较长，因此这种方法的响应速度慢，实时性较差，会出现较大误差，并可能对器件造成损坏。此外，其测试精度还受到测试位置、热电偶焊接强度和所受的压力条件影响。
5、(2)光学测量法主要是用红外热成像仪对物体温度成像。该方法精度高且可测得物体表面
6、(3)热阻模型预测法是在功率损耗和热阻网络已知时，通过有限元等算法仿真结温分布。该方法虽不会破坏sic mosfet器件，但因受热阻网络参数的影响，精度不高。此外，热阻模型依赖于器件各封装结构的材料参数，若材料参数不完整或有较大偏差，则仿真结温分布结果会有很大偏差。
7、(4)不同于其它几种方法，电学法采用与结温相关的温度敏感电学参数来表征结温，具有可行性强、精度高、响应快、便于在线监测等优点。
8、目前si基mosfet器件的温度敏感电学参数主要为寄生二极管的电压降，通过对其测量即可实现结温监测，效果良好。然而，对于开关频率更高、物理参数与si基器件差异较大的sic mosfet器件，不能直接采用寄生二极管获得理想的监测效果，甚至在工程上难以在线实施。一方面，sic mosfet器件的高开关频率使单纯的延时测量变得更加困难，因为延时测量大多需要电压比较器等模拟电路，高频工作易失真。另一方面，强阻断能力使其在关断时几乎没有漏电流，sic mosfet器件在室温下漏电流仅为1μa，而传统si基器件的漏电流可以达上百μa。
9、综上所述，传统的物理接触测量法、光学测量法和热阻模型预测法无法在无损状态下实时监测sic mosfet器件结温，而基于寄生二极管电压降的电学法并不适用于sicmosfet器件的结温监测。需寻找稳定的sic mosfet器件温度敏感参数，并开发一种新的测试方法，解决无法通过寄生二极管电压降实时监测sic mosfet器件结温的难题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于栅源电压表征sic mosfet功率器件结温和热阻的方法，解决现有技术无法通过寄生二极管电压降实时监测sic mosfet器件结温的难题。
2、为了达到上述的目的，本专利技术提供一种基于栅源电压表征sic mosfet功率器件结温和热阻的方法，包括：设计sic mosfet器件瞬态热阻测试电路图，使漏极电流id和漏源电压vds维持恒定值。通过恒温油槽使sic mosfet器件升温，在热稳态下校准其栅源电压vgs和结温tj关系曲线。通过恒定的漏电流id和漏源电压vds使sic mosfet器件升温，实时监测栅源电压vgs曲线，结合栅源电压vgs-结温tj关系公式，反推结温tj曲线。对sic mosfet器件结温曲线tj进行变换，得到瞬态热阻曲线zth(t)。对sic mosfet器件瞬态热阻曲线zth(t)进行变换，得到微分结构函数曲线，提取各封装结构单元热阻参数。
3、上述基于栅源电压表征sic mosfet功率器件结温和热阻的方法，其中，所述设计sic mosfet器件瞬态热阻测试电路图，使漏极电流id和漏源电压vds维持恒定值，包括：
4、将sic mosfet器件的源极s与源极电阻rs相连接。源极电阻rs另一侧接地，设定源极s和源极电阻rs之间的电位值为vs，则源极电阻rs两侧的电压降为vs。将sic mosfet器件的漏极d分别与开关s1和开关s2相连接。开关s1的另一侧与电压源vf(+)的正极相连接，电压源vf(+)的负极接地。开关s2的另一侧与脉冲电流源im(+)的正极相连接，脉冲电流源im(+)的负极接地。将sic mosfet器件的栅极g与栅极电阻rg相连接，栅极电阻rg的另一侧和反馈控制回路相连接。当开关s1断开、开关s2闭合时，脉冲电流源im(+)对sic mosfet器件施加脉冲电流，通过vgs电压监测传感器间断性地测量sic mosfet器件栅源电压vgs。再利用恒温油槽改变sic mosfet器件结温tj，可校准栅源电压vgs和结温tj关系曲线。当开关s1闭合、开关s2断开时，sic mosfet器件的漏极d与电压源vf(+)导通，电压源vf(+)通过漏极d开始向sic mosfet器件施加电流。施加的电流通过栅极电阻rg时，信号被输入到反馈控制回路中。反馈控制回路调整sic mosfet器件的栅极g和源极s之间的电压降vgs，使得源极电阻rs两侧的电压降vs和参考电压vref(+)相互匹配。当匹配完成后，源极电阻rs两侧的电压降vs保持恒定不变，则sic mosfet器件源极s和源极电阻rs之间的电位值vs保持恒定。当电压源vf(+)保持不变时，sic mosfet器件漏极d和电压源vf(+)之间的电位值vd也保持恒定，sicmosfet器件的漏源电压vds(vds＝vd-vs)保持恒定，流入sic mosfet器件的漏极电流id也保持恒定。通过sic mosfet器件的耗散功率p＝id×vds也保持恒定。
5、上述基于栅源电压表征sic mosfet功率器件结温和热阻的方法，其中，所述通过恒温油槽使sic mosfet器件升温，在热稳态下校准其栅源电压vgs和结温tj关系曲线，包括：
6、首先将sic mosfet器件按照上述电路图进行连接。再将sic mosfet器件放置在恒温油槽中，恒温油槽温度等于sic mosfet器件结温，调节恒温油槽温度使sic mosfet器件结温升高。开关s1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种表征SiC MOSFET功率器件结温和热阻的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种表征SiC MOSFET功率器件结温和热阻的方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
3.如权利要求2所述的一种表征SiC MOSFET功率器件结温和热阻的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
4.如权利要求3所述的一种表征SiC MOSFET功率器件结温和热阻的方法，其特征在于，S21：在测量SiC MOSFET器件的结温Tj和瞬态热阻曲线Zth(t)之前，首先需在热稳态下校准SiC MOSFET器件的栅源电压Vgs和结温Tj之间的关系曲线；
5.如权利要求4所述的一种表征SiC MOSFET功率器件结温和热阻的方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
6.如权利要求5所述的一种表征SiC MOSFET功率器件结温和热阻的方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
7.如权利要求6所述的一种表征SiC MOSFET功率器件结温和热阻的方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
【技术特征摘要】
1.一种表征sic mosfet功率器件结温和热阻的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种表征sic mosfet功率器件结温和热阻的方法，其特征在于，所述步骤s1包括：
3.如权利要求2所述的一种表征sic mosfet功率器件结温和热阻的方法，其特征在于，所述步骤s2包括：
4.如权利要求3所述的一种表征sic mosfet功率器件结温和热阻的方法，其特征在于，s21：在测量sic mosfet器件的结温tj和...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈凡，孔泽斌，张丹，琚安安，刘元，王昆黍，祝伟明，余学峰，郭旗，
申请(专利权)人：上海精密计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：
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