功率器件結(jié)溫和殼頂溫度，差多少？

測(cè)量和校核開(kāi)關(guān)電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及一些電力電子變換器的功率器件結(jié)溫，如MOSFET或IGBT的結(jié)溫，是一個(gè)不可或缺的過(guò)程，功率器件的結(jié)溫與其安全性、可靠性直接相關(guān)。測(cè)量功率器件的結(jié)溫常用二種方法：

1、熱電偶

2、紅外熱成像測(cè)溫儀

圖1：熱電偶

圖2：紅外熱成像測(cè)溫儀

為了提高熱電偶的測(cè)量精度，需要對(duì)其做精確的溫度補(bǔ)償；熱電偶本身要用特定的粘膠固定在測(cè)量器件的表面，固定的方式和接觸面積都會(huì)影響測(cè)量的精度；相對(duì)于測(cè)量的功率器件，如果熱電偶接觸面積大，本身相當(dāng)于散熱器的作用，會(huì)嚴(yán)重的影響測(cè)量精度。

紅外熱成像儀不需要和器件接觸，因此測(cè)量過(guò)程對(duì)測(cè)量的精度幾乎沒(méi)有影響，因此近年來(lái)獲得大量的使用。紅外熱成像測(cè)溫儀得到溫度如圖3所示，溫度最高的點(diǎn)為功率器件，那么這個(gè)溫度是功率器件的結(jié)溫，還是功率器件塑料外殼頂部的溫度？

圖3：紅外熱成像測(cè)溫儀測(cè)量溫度

毫無(wú)疑問(wèn)，測(cè)量的這個(gè)溫度是功率器件塑料外殼頂部，那么這個(gè)溫度和功率器件內(nèi)部硅片的結(jié)溫一樣嗎？當(dāng)然不一樣，功率器件內(nèi)部硅片的結(jié)溫高于塑料外殼頂部的溫度。結(jié)溫和殼頂溫度差多少？

數(shù)據(jù)表中，RthJC是結(jié)到殼（底部銅皮）的熱阻，不是結(jié)到殼頂?shù)臒嶙?，如下表所示。RthJT+RthTA 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于RthJC+ RthCA，只有很少的一部分熱量從殼頂導(dǎo)出，因此結(jié)溫和殼頂溫度差異很小。

DFN5*6

TO220F

圖4：底部有銅皮功率器件的熱阻

沒(méi)有簡(jiǎn)單的方法來(lái)估算這個(gè)差值，仿真的差值如下圖所示。不同的封閉類(lèi)型、不同的外殼材料等因素都會(huì)影響到這個(gè)差值，經(jīng)驗(yàn)值通常取5-10℃左右。

圖5：紅外熱成像測(cè)溫儀測(cè)量溫度和仿真溫度

經(jīng)常有工程師問(wèn)到這樣的問(wèn)題，如何才能準(zhǔn)確的測(cè)量到功率器件內(nèi)部硅片的結(jié)溫？

靜態(tài)的條件下，可以測(cè)量功率器件內(nèi)部寄生的二極管的壓降，通過(guò)校核的結(jié)溫曲線(xiàn)，查到相應(yīng)的內(nèi)部硅片的結(jié)溫。在實(shí)際電路工作的條件下，不太可能測(cè)量?jī)?nèi)部寄生的二極管的壓降，因此實(shí)時(shí)的測(cè)量?jī)?nèi)部硅片的結(jié)溫也不太現(xiàn)實(shí)。

對(duì)于特定器件，可以使用上述靜態(tài)的方式，結(jié)合紅外熱成像測(cè)溫儀，校核它們之間的差值，然后在實(shí)際的測(cè)量中，使用這個(gè)差值來(lái)得到結(jié)溫。

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