Метод и средство экспресс-контроля тепловых сопротивлений силовых полупроводниковых модулей

• Автор: Верижников, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Орел
• Количество страниц: 116 с. : ил.

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1Л Тепловые параметры и тепловые модели полупроводниковых прибрров'(ПП)

1.2 Особенности конструкции силовых полупроводниковых

модулей (СПМ)

1.3 Методы измерения температуры корпуса ПП

1.3 Л Контактные методы

1.3.2 Бесконтактные методы

1.4 Методы измерения температуры р-п-перехода

1.4.1 Прямые методы

1.4.2 Косвенные методы

1.5 Методы измерения и контроля тепловых сопротивлений 1111

1.6 Средства контроля тепловых параметров ПП, выпускаемые отечественной и зарубежной промышленностью
1.7 Постановка задач исследования
1.8 Выводы
2 РАЗРАБОТКА МЕТОДА ЭКСПРЕСС-КОНТРОЛЯ ТЕПЛОВЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ СПМ
2.1 Алгоритм разрабатываемого метода
2.2 Особенности тепловых процессов в многоэлементных СПМ
2.3 Особенности измерения тепловых сопротивлений СПМ на синусоидальном токе
2.4 Метод определения параметров теплоэлектрической модели СПМ
2.5 Способ измерения температурных коэффициентов
температурочувствительных параметров силовых элементов СПМ
2.6 Выводы
3 РАЗРАБОТКА СРЕДСТВА ЭКСПРЕСС-КОНТРОЛЯ ТЕПЛОВЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ СПМ

3.1 Стенд измерения и контроля тепловых сопротивлений ТТР
3.2 Выбор температурочувствительного параметра
3.3 Методика измерения переходного теплового сопротивления
3.4 Выбор теплоэлектрической модели ТТР
3.5 Программное обеспечение стенда
3.5.1 Основная программа
3.5.2 База данных
3.6 Метрологические характеристики экспресс-метода и средства контроля
3.6.1 Погрешность измерения рассеиваемой мощности
3.6.2 Погрешность измерения напряжения на переходе на измерительном токе
3.6.3 Погрешность измерения температуры корпуса ТТР
3.6.4 Оценка доверительных интервалов для ТКН тиристоров и теплового сопротивления основания
3.6.5 Погрешность, обусловленная зависимостью теплопроводности материалов ТТР от температуры
3.7 Выводы
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1 Исследование способа измерения температурных
коэффициентов ТЧП
4.2 Исследование метода определения параметров теплоэлектрической модели СПМ
4.3 Исследование экспресс-метода измерения тепловых сопротивлений ТТР
4.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ А Фотографии стенда ИКТС

Современный уровень развития силовой электроники характеризуется широким распространением силовых полупроводниковых модулей (СПМ), включающих в себя дискретные полупроводниковые элементы и схемы управления. Основные тенденции их развития - увеличение рассеиваемой мощности и миниатюризация. Вследствие этого даже незначительные дефекты в конструкции СПМ могут вызвать недопустимое увеличение теплового сопротивления и выход модуля из строя. Таким образом, необходимым становится стопроцентный контроль тепловых сопротивлений силовых модулей при их производстве.
Контроль тепловых сопротивлений СПМ классическими методами [15, 16] занимает много времени и может стать ограничивающим фактором в технологическом процессе их производства. Решение данной проблемы путем увеличения количества контрольно-измерительного оборудования неэффективно по причине его энергозатратности и сложности. Это приводит к необходимости использования экспресс-методов при контроле тепловых сопротивлений СПМ.
Вопросам экспресс-контроля тепловых сопротивлений полупроводниковых приборов (ПП) посвящено достаточно большое число работ [9, 10, 20, 21]. Большинство разработанных методов требуют предварительного сбора статистической информации о характеристиках температурочувствительного параметра (ТЧП) силовых элементов ПП и достижения теплового равновесия между корпусом прибора и полупроводниковым кристаллом. Сбор статистической информации о характеристиках ТЧП прибора требует большого числа измерений, которые, в настоящее время, производятся с использованием термостатов, занимают много времени и с трудом поддаются автоматизации. Данная проблема усугубляется еще и тем, что большинством предприятий выпускается широкая номенклатура СПМ с различными типами силовых элементов.

4 Разработать методику экспресс-контроля тепловых сопротивлений
СПМ.
5 Разработать автоматизированное средство контроля тепловых сопротивлений СПМ с целью проверки правильности разработанных теоретических положений.
При практической реализации средства контроля необходимо также:
1 Выбрать ТЧП, имеющий наименьший разброс параметров между однотипными силовыми элементами СПМ.
2 Выбрать порядок теплоэлектрической модели СПМ.
3 Разработать базу данных для хранения статистической информации о характеристиках ТЧП и параметрах теплоэлектрической модели СПМ.
1.8 Выводы
1 В настоящее время конструкция СПМ характеризуется высокой теплоемкостью и взаимным тепловым влиянием силовых элементов.
2 Для проведения экспресс-контроля тепловых сопротивлений СПМ необходимо априорное знание характеристик температурочувствительного параметра силовых элементов модуля и осуществлять прогрев лишь внутренних слоев модуля.
3 Анализ существующих методов контроля тепловых сопротивлений 1111 показал, что они не отвечают указанным требованиям.
4 На основании проведенного анализа были сформулированы основные задачи исследования.