如何準確測量到功率器件內(nèi)部硅片的結溫？

功率器件結溫和殼頂溫度，差多少？

測量和校核開關電源、電機驅(qū)動以及一些電力電子變換器的功率器件結溫，如MOSFET或IGBT的結溫，是一個不可或缺的過程，功率器件的結溫與其安全性、可靠性直接相關。測量功率器件的結溫常用二種方法：

1、熱電偶

2、紅外熱成像測溫儀

圖1：熱電偶

圖2：紅外熱成像測溫儀

為了提高熱電偶的測量精度，需要對其做精確的溫度補償；熱電偶本身要用特定的粘膠固定在測量器件的表面，固定的方式和接觸面積都會影響測量的精度；相對于測量的功率器件，如果熱電偶接觸面積大，本身相當于散熱器的作用，會嚴重的影響測量精度。

紅外熱成像儀不需要和器件接觸，因此測量過程對測量的精度幾乎沒有影響，因此近年來獲得大量的使用。紅外熱成像測溫儀得到溫度如圖3所示，溫度最高的點為功率器件，那么這個溫度是功率器件的結溫，還是功率器件塑料外殼頂部的溫度？

圖3：紅外熱成像測溫儀測量溫度

毫無疑問，測量的這個溫度是功率器件塑料外殼頂部，那么這個溫度和功率器件內(nèi)部硅片的結溫一樣嗎？當然不一樣，功率器件內(nèi)部硅片的結溫高于塑料外殼頂部的溫度。結溫和殼頂溫度差多少？

數(shù)據(jù)表中，RthJC是結到殼（底部銅皮）的熱阻，不是結到殼頂?shù)臒嶙?，如下表所示。RthJT+RthTA 遠遠大于RthJC+ RthCA，只有很少的一部分熱量從殼頂導出，因此結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

沒有簡單的方法來估算這個差值，仿真的差值如下圖所示。不同的封閉類型、不同的外殼材料等因素都會影響到這個差值，經(jīng)驗值通常取5-10℃左右。

圖5：紅外熱成像測溫儀測量溫度和仿真溫度

經(jīng)常有工程師問到這樣的問題，如何才能準確的測量到功率器件內(nèi)部硅片的結溫？

靜態(tài)的條件下，可以測量功率器件內(nèi)部寄生的二極管的壓降，通過校核的結溫曲線，查到相應的內(nèi)部硅片的結溫。在實際電路工作的條件下，不太可能測量內(nèi)部寄生的二極管的壓降，因此實時的測量內(nèi)部硅片的結溫也不太現(xiàn)實。

對于特定器件，可以使用上述靜態(tài)的方式，結合紅外熱成像測溫儀，校核它們之間的差值，然后在實際的測量中，使用這個差值來得到結溫。

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