专利名称：一种基于mosfet测量结温的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及測量技术领域，尤其涉及一种基于MOSFET测量结温的方法及其装置。
背景技术：
通常直流固体继电器或固态功率控制器等器件均采用MOSFET作为输出功率器件，这类器件一般采用变压器或光电 器件隔离，分为单层结构或多层结构，气密或非气密封装。这种器件的不足之处是在于它对温度很敏感，温度每升高10°c器件可靠性降低约I倍，在一定的工作条件下(如55°c 125°C)，可能会导致器件烧毁。于是，现有技术中已经研制出多种结温測量技术，用于评估器件热特性，保证器件在全工作温度范围内可靠应用。目前已得到应用的结温测量技术中，有些采用红外微辐射仪測量，有些利用器件自身温敏參数采用占空系数不小于99%的加热功率间断测量，有些利用靠近器件的温敏器件进行测量，可起到较好的測量作用，但仍然存在一定的缺陷I.红外微辐射仪測量要求去掉封装壳体上盖，暴露出有源芯片，在芯片有源区涂ー薄层(25μπι 50μπι)已知高辐射系数(ε >0. 8)，又是低导热的材料，要求测试时无明显的环境影响，测试局限性大、成本高，属于破坏性试验，难以满足多层结构或非气密封装产品测试；2.采用加热功率间断测量，要求测试时间小于100μ s或50μ S，施加功率往往高于器件额定功率，控温散热装置和安装布局较为复杂，测试可操作性较差，具有一定的破坏性，难以满足器件自身延时时间较长(如50μ s或100μ s以上)的产品测试；3.利用靠近器件的温敏器件进行测量，测得的温度仅为器件近似结温，准确度较低，且需要在器件内部単独安装温敏器件，或者在生产制造中単独装配，増加器件复杂程度，或者去掉封装后再装配，局限性很大，测试精度较低，实施困难。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提出一种基于MOSFET测量结温的方法，用于测量器件在规定环境温度下和规定工作条件下的结温，所述器件包括一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端和一第二输出端,其特征在于,包括如下步骤SI、在所述规定的环境温度下对所述第二输出端和所述第一输出端施加电流，记为测试电流，记录所述第二输出端对所述第一输出端的电压，记为初始电压；S2、撤销所述测试电流，对所述第一输入端、所述第二输入端、所述第一输出端和所述第二输出端施加所述规定工作条件，记录所述第一输出端和所述第二输出端的电流，记录所述第一输出端对所述第二输出端的电压，计算所述第一输出端对所述第二输出端上消耗的功率；S3、撤销对所述第一输入端、所述第二输入端、所述第一输出端和所述第二输出端施加的所述规定工作条件，对所述第二输出端和所述第一输出端施加与步骤S2中所述功率相等的功率；
S4、当器件稳定工作到预设的规定时间时，对所述第二输出端和所述第一输出端施加的电流改为所述测试电流，记录所述第二输出端对所述第一输出端的电压，记为终测电压；
S5、依据所述规定环境温度、所述初始电压和所述终测电压计算所述器件在所述规定环境温度下并且在所述规定工作条件下的结温。进ー步地，步骤S5中所述计算器件在所述规定环境温度下和所述规定工作条件下的结温的方法为所述终测电压减去所述初始电压后，除以已知的所述第二输出端对所述第一输出端温度变化率，所得温度加上所述规定环境温度。或者，步骤S5替换为对所述器件施加与所述规定环境温度不同的环境温度，对所述第二输出端和所述第一输出端施加所述测试电流，若所述第二输出端对所述第一输出端的电压等于所述终测电压，则该该施加的环境温度即为器件在所述规定环境温度下和所述规定工作条件下的结温。进ー步地,步骤SI中所述施加电流不小于ImA且不大于10mA。进ー步地，所述器件为基于MOSFET作为输出功率器件的单向输出的固体继电器或固态功率控制器。本发明还提出一种基于MOSFET测量结温的装置，用于测量器件在规定环境温度下和规定工作条件下的结温，所述器件包括一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端和一第二输出端，其特征在于，包括初始电压測定模块，用于获取初始电压，具体包括在所述规定的环境温度下对所述第二输出端和所述第一输出端施加电流，记为测试电流，所述第二输出端对所述第一输出端的电压即为所述初始电压；功耗测定模块，用于获取对所述第一输入端、所述第二输入端、所述第一输出端和所述第二输出端施加所述规定工作条件时所述第一输出端对所述第二输出端上消耗的功率；反向等功耗施加模块，用于对所述第二输出端和所述第一输出端施加与功耗测定模块所述功率相等的功率；最终结电压测定模块，用于获取终测电压，具体包括器件稳定工作到预设的规定时间，对所述第二输出端和所述第一输出端施加的电流改为所述测试电流，记录所述第二输出端对所述第一输出端的电压即为所述终测电压；结温计算模块，用于依据所述规定环境温度、所述初始电压和所述终测电压计算所述器件在所述规定环境温度下并且在所述规定工作条件下的结温。进ー步地，结温计算模块中所述计算器件在所述规定环境温度下和所述规定工作条件下的结温具体包括所述终测电压减去所述初始电压后，除以已知的所述第二输出端对所述第一输出端温度变化率，所得温度加上所述规定环境温度。或者，所述结温计算模块替换为结温探测模块，用于依据不同的环境温度探測所述器件在所述规定环境温度下并且在所述规定工作条件下的结温，具体包括对所述器件施加与所述规定环境温度不同的环境温度，对所述第二输出端和所述第一输出端施加所述测试电流，若所述第二输出端对所述第一输出端的电压与所述终测电压相等，则该施加的环境温度即为器件在所述规定环境温度下并且在所述规定工作条件下的结温。
进ー步地，所述初始电压测定模块中所述施加电流不小于ImA且不大于10mA。进ー步地，所述器件为基于MOSFET作为输出功率器件的单向输出的固体继电器或固态功率控制器。本发明所述的基于MOSFET测量结温的方法及其装置的有益技术效果如下
I.属于无损伤结温测试；2.可以有效的避免器件自身时间延时对测试准确度的影响；3.可測量器件任意工作环境下真实结温；4.实施方法简单、易行、适合工程应用；5.对测试设备依赖程度较低。
图I是本发明实施例一所述器件的装置原理框图；图2是本发明实施例一所述基于MOSFET测量结温的方法流程图；图3是本发明实施例ニ所述基于MOSFET测量结温的装置结构图。
具体实施例方式下面结合附图并通过具体实施方式
来进ー步说明本发明的技术方案。实施例一本实施例所述基于MOSFET测量结温的方法用于测量器件在规定环境温度下和规定工作条件下的结温，所述器件包括一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端和一第二输出端，所述器件可为直流固体继电器或固态功率控制器等，所述器件均采用MOSFET作为输出功率器件。图I是本实施例所述的器件原理框图，如图I所示，所述器件包括输入电路，隔离器件，MOSFET驱动电路和M0SFET，所述隔离器件一般采用变压器或光电器件，所述MOSFET为N沟道增强型M0SFET，所述第一输入端为端ロ 11，所述第二输入端为端ロ 12，所述第一输出端为端ロ 13,所述第二输出端为端ロ 14。图2是本发明实施例一所述基于MOSFET测量结温的方法流程图，如图2所示，具体步骤如下S201、对端ロ 14和端ロ 13施加测试电流II，记录端ロ 14对端ロ 13的电压Ul，记为初始电压；待测器件在规定的环境温度下，采用ImA IOmA恒流源作为测试电流II，与第二输出端14和第一输出端13串联，测试并记录第二输出端14对第一输出端13间电压，得到初始电压Ul。S202撤销测试电流Il对四个端ロ施加规定工作条件，计算端ロ 13对端ロ 14上消耗的功率Wl ；撤销恒流源，对第一输入端11、第二输入端12、第一输出端13和第二输出端14施加规定工作条件，测试流经第一输出端13和第二输出端14的电流，测试第一输出端13对第二输出端14压降，第一输出端13对第二输出端14上消耗的功率Wl即为所述电流与所述电压的乘积。
S203撤销工作条件，对端ロ 14和端ロ 13施加功率Wl ；撤销对第一输入端11和第二输入端12,第一输出端13和第二输出端14施加的规定工作条件，对第二输出端14和第一输出端13施加与第一输出端13对第二输出端14相等的功率，其中电流包括两部分，分别为作为测试电流的恒流源电流和功率施加电流。S204、当器件稳定工作到预设的规定时间时，将施加的电流改为测试电流II，记录端ロ 14对端ロ 13的电压U2 ；稳定工作预设的规定时间后， 撤销功率施加电流，此时测试并记录第二输出端14对第一输出端13电压，得到的电压记为终测电压。S205、计算器件在该规定环境温度下和该规定工作条件下的结温。依据所述终测电压、所述初始电压、已知的第二输出端对第ー输出端温度变化率和所述规定的环境温度计算所述器件在规定环境温度下和规定工作条件下的结温。所述终测电压减去所述初始电压后，除以已知的第二输出端对第ー输出端温度变化率，所得温度加上所述规定的环境温度即为器件规定工作条件下结温。或者，利用Mosfet的特性，对所述器件施加与所述规定环境温度不同的环境温度，对所述第二输出端和所述第一输出端施加所述测试电流，若所述第二输出端对所述第ー输出端的电压等于所述终测电压，则该该施加的环境温度即为器件在所述规定环境温度下和所述规定工作条件下的结温，上述方法是ー个不断迭代和试探的过程，为了提高探測效率，所述施加的环境温度初始设置成比所述规定环境温度高的温度，尽量为该规定的エ作条件下的估计结温，后面的试探值依据实际电压与终测电压的差值调整。实施例ニ本实施例所述基于MOSFET测量结温的装置用于测量器件在规定环境温度下和规定工作条件下的结温，所述器件包括一 N沟道增强型M0SFET、一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端和一第二输出端，所述器件为直流固体继电器或固态功率控制器等器件均采用MOSFET作为输出功率器件。图3是本发明实施例ニ所述基于MOSFET测量结温的装置结构图，如图3所示，本实施例所述基于MOSFET测量结温的装置包括如下模块初始电压測定模块301，用于获取初始电压，条件为在所述规定的环境温度下对所述第二输出端和所述第一输出端施加电流，记为测试电流，所述第二输出端对所述第一输出端的电压即为所述初始电压；待测器件在规定的环境温度下，采用ImA IOmA恒流源作为测试电流II，与第二输出端14和第一输出端13串联，测试并记录第二输出端14对第一输出端13间电压，得到初始电压Ul。功耗测定模块302,用于获取对所述第一输入端、所述第二输入端、所述第一输出端和所述第二输出端施加所述规定工作条件时所述第一输出端对所述第二输出端上消耗的功率；撤销恒流源，对第一输入端11、第二输入端12、第一输出端13和第二输出端14施加规定工作条件，测试流经第一输出端13和第二输出端14的电流，测试第一输出端13对第二输出端14压降，第一输出端13对第二输出端14上消耗的功率Wl即为所述电流与所述电压的乘积。
反向等功耗施加模块303,用于对所述第二输出端和所述第一输出端施加与功耗测定模块所述功率相等的功率；撤销对第一输入端11和第二输入端12,第一输出端13和第二输出端14施加的规定工作条件，对第二输出端14和第一输出端13施加与第一输出端13对第二输出端14相等的功率，其中电流包括两部分，分别为作为测试电流的恒流源电流和功率施加电流。最终结电压测定模块304，用于获取终测电压，条件为器件稳定工作到预设的规定时间，对所述第二输出端和所述第一输出端施加的电流改为所述测试电流，记录所述第ニ输出端对所述第一输出端的电压即为所述终测电压；稳定工作到预设的规定时间后，撤销功率施加电流，此时测试并记录第二输出端14对第一输出端13电压，得到的电压记为终测电压。
结温计算模块305，用于计算器件在所述规定环境温度下和所述规定工作条件下的结温，条件为所述终测电压减去所述初始电压后，除以已知的所述第二输出端对所述第ー输出端温度变化率，所得温度加上所述规定的环境温度。依据所述终测电压、所述初始电压、已知的第二输出端对第ー输出端温度变化率和所述规定的环境温度计算所述器件在规定环境温度下和规定工作条件下的结温。所述终测电压减去所述初始电压后，除以已知的第二输出端对第ー输出端温度变化率，所得温度加上所述规定的环境温度即为器件规定工作条件下结温。或者，利用Mosfet的特性，对所述器件施加与所述规定环境温度不同的环境温度，对所述第二输出端和所述第一输出端施加所述测试电流，若所述第二输出端对所述第ー输出端的电压等于所述终测电压，则该该施加的环境温度即为器件在所述规定环境温度下和所述规定工作条件下的结温，上述方法是ー个不断迭代和试探的过程，为了提高探測效率，所述施加的环境温度初始设置成比所述规定环境温度高的温度，尽量为该规定的エ作条件下的估计结温，后面的试探值依据实际电压与终测电压的差值调整。本发明实施例一所述的基于MOSFET测量结温的方法和本发明实施例ニ所述的基于MOSFET测量结温的装置用于无损伤结温测试，可以有效的避免器件自身时间延时对测试准确度的影响，可測量器件任意工作环境下真实结温，实施方法简单、易行、适合工程应用并且对测试设备依赖程度较低。以上实施例提供的技术方案中的全部或部分内容可以通过软件编程实现，其软件程序存储在可读取的存储介质中，存储介质例如计算机中的硬盘、光盘或软盘。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于MOSFET测量结温的方法，用于测量器件在规定环境温度下和规定工作条件下的结温，所述器件包括一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端和一第二输出端，其特征在于，包括如下步骤 51、在所述规定的环境温度下对所述第二输出端和所述第一输出端施加电流，记为测试电流，记录所述第二输出端对所述第一输出端的电压，记为初始电压； 52、撤销所述测试电流，对所述第一输入端、所述第二输入端、所述第一输出端和所述第二输出端施加所述规定工作条件，记录所述第一输出端和所述第二输出端的电流，记录所述第一输出端对所述第二输出端的电压，计算所述第一输出端对所述第二输出端上消耗的功率； 53、撤销对所述第一输入端、所述第二输入端、所述第一输出端和所述第二输出端施加的所述规定工作条件，对所述第二输出端和所述第一输出端施加与步骤S2中所述功率相等的功率；· 54、当器件稳定工作到预设的规定时间时，对所述第二输出端和所述第一输出端施加的电流改为所述测试电流，记录所述第二输出端对所述第一输出端的电压，记为终测电压； 55、依据所述规定环境温度、所述初始电压和所述终测电压计算所述器件在所述规定环境温度下并且在所述规定工作条件下的结温。
2.如权利要求I所述的基于MOSFET测量结温的方法，其特征在干，步骤S5中所述计算器件在所述规定环境温度下和所述规定工作条件下的结温的方法为所述终测电压减去所述初始电压后，除以已知的所述第二输出端对所述第一输出端温度变化率，所得温度加上所述规定环境温度。
3.如权利要求I所述的基于MOSFET测量结温的方法，其特征在于，步骤S5替换为对所述器件施加与所述规定环境温度不同的环境温度，对所述第二输出端和所述第一输出端施加所述测试电流，若所述第二输出端对所述第一输出端的电压等于所述终测电压，则该该施加的环境温度即为器件在所述规定环境温度下和所述规定工作条件下的结温。
4.如权利要求2或3所述的基于MOSFET测量结温的方法，其特征在于，步骤SI中所述施加电流不小于ImA且不大于10mA。
5.如权利要求4所述的基于MOSFET测量结温的方法，其特征在干，所述器件为基于MOSFET作为输出功率器件的单向输出的固体继电器或固态功率控制器。
6.一种基于MOSFET测量结温的装置，用于测量器件在规定环境温度下和规定工作条件下的结温，所述器件包括一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端和一第二输出端，其特征在于，包括 初始电压測定模块，用于获取初始电压，具体包括在所述规定的环境温度下对所述第ニ输出端和所述第一输出端施加电流，记为测试电流，所述第二输出端对所述第一输出端的电压即为所述初始电压； 功耗测定模块，用于获取对所述第一输入端、所述第二输入端、所述第一输出端和所述第二输出端施加所述规定工作条件时所述第一输出端对所述第二输出端上消耗的功率； 反向等功耗施加模块，用于对所述第二输出端和所述第一输出端施加与功耗测定模块所述功率相等的功率；最终结电压测定模块，用于获取终测电压，具体包括器件稳定工作到预设的规定时间，对所述第二输出端和所述第一输出端施加的电流改为所述测试电流，记录所述第二输出端对所述第一输出端的电压即为所述终测电压； 结温计算模块，用于依据所述规定环境温度、所述初始电压和所述终测电压计算所述器件 在所述规定环境温度下并且在所述规定工作条件下的结温。
7.如权利要求6所述的基于MOSFET测量结温的装置，其特征在干，结温计算模块中所述计算器件在所述规定环境温度下和所述规定工作条件下的结温具体包括所述终测电压减去所述初始电压后，除以已知的所述第二输出端对所述第一输出端温度变化率，所得温度加上所述规定环境温度。
8.如权利要求6所述的基于MOSFET测量结温的装置，其特征在于，所述结温计算模块替换为结温探测模块，用于依据不同的环境温度探测所述器件在所述规定环境温度下并且在所述规定工作条件下的结温，具体包括对所述器件施加与所述规定环境温度不同的环境温度，对所述第二输出端和所述第一输出端施加所述测试电流，若所述第二输出端对所述第一输出端的电压与所述终测电压相等，则该施加的环境温度即为器件在所述规定环境温度下并且在所述规定工作条件下的结温。
9.如权利要求7或8所述的基于MOSFET测量结温的装置，其特征在于，所述初始电压测定模块中所述施加电流不小于ImA且不大于10mA。
10.如权利要求9所述的基于MOSFET测量结温的装置，其特征在于，所述器件为基于MOSFET作为输出功率器件的单向输出的固体继电器或固态功率控制器。
全文摘要
本发明公开了一种基于MOSFET测量结温的方法及其装置，用于测量器件在规定环境温度下和规定工作条件下的结温，所述器件包括一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端和一第二输出端，方法包括如下步骤获取初始电压；获取规定工作条件下第一输出端对第二输出端上消耗的功率；对第二输出端和第一输出端施加与上步相等的功率；获取终测电压；计算器件在所述规定环境温度下和所述规定工作条件下的结温。本发明的技术方案属于无损伤结温测试，可以有效的避免器件自身时间延时对测试准确度的影响，可测量器件任意工作环境下真实结温，实施方法简单、易行、适合工程应用并且对测试设备依赖程度较低。
文档编号G01K11/00GK102749152SQ201210265208
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月27日 优先权日2012年7月27日
发明者刘瑞生, 吴维刚, 张金龙, 闫军政 申请人:北京市科通电子继电器总厂