[发明专利]半导体功率器件结温仿真电路

说明书

本发明公开了一种半导体功率器件结温仿真电路，利用电学中RC积分电路充电公式与热学中的温升公式近似相同的原理，用积分器的电学模型仿真功率器件的热学模型，从而得到功率器件的实时结温信息。其特征是：结温仿真电路利用RC积分器上的积分电压动态模拟功率器件的结温升；电路中的RC时间常数等于热学模型中的热响应时间；电路中的电压输出与热学模型中的功率器件结温呈简单线性关系；电路具有环境温度补偿功能；电路可在恒定直流、单脉冲、重复脉冲及任意波形等各种工作方式下完成电学到热学的仿真；电路在结温超限时提供切断功率级及报警信号；电路在结温恢复正常时自动恢复功率级的正常工作。

技术领域

本发明公开了一种半导体功率器件结温仿真电路，其功能和性能适合于半导体器件专用测试设备中需要实时监测半导体功率器件结温的场合，同时也适用于其它需要实时监测半导体功率器件结温升的需求。

背景技术

半导体功率器件在应用过程中会因为其自身消耗功率而结温升高，当结温高于规定的最高结温时就有可能导致损坏，所以在使用功率器件的功率放大器中一方面需要给功率器件采取散热措施(例如加装散热器及通风)，另一方面要限定用户对功率放大器的使用条件(例如在直流状态下限定电流、电压、功率，在脉冲状态下限定脉冲电流、脉冲宽度和占空比等)。尽管如此，在用户可编程的系统中仍有可能因为应用不合理导致功率器件超出其安全工作区，进而使功率器件造成损坏。为解决该问题，在一些使用功率器件的功率放大器中可以将功率器件的外壳温度或散热器的温度测回，作为功率部件安全保护的依据，但是仍然还是存在一些无法解决的问题，主要在于：

1.外壳或散热器的温度低于功率器件的结温(芯片温度)，而且二者之间的温差并非一个固定值(视功率大小而定)，用外壳或散热器温度作为功率器件安全保护的依据并不科学。

2.在脉冲工作方式下，功率器件外壳或散热器的温升滞后于功率器件的结温升，在大功率脉冲下往往散热器温度并不高，但功率器件的结温瞬时早已经超过规定的最高结温，进而导致功率器件损坏。

因此只有实时获取功率器件的结温才有可能有效保护功率器件的安全工作，但这对于大多数不具备内部测温功能的功率器件来说几乎不可能做到，所以功率器件结温的实时测量和过温保护成了功率器件安全应用的难题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明利用电学中RC积分电路充电公式与热学中的温升公式近似相同的原理，设计出一种功率器件结温仿真电路，用积分器的电学模型仿真功率器件的热学模型，从而得到功率器件的实时结温信息，为过温保护线路提供了科学、有效的保护依据。

解决相关技术问题所采用的技术方案是：设计一种模拟功率器件散热模型的功率器件结温仿真电路。

其特征是：结温仿真电路利用RC积分器上的积分电压动态模拟功率器件的结温升；电路中的RC时间常数等于热学模型中的热响应时间；电路中的电压输出与热学模型中的功率器件结温呈简单线性关系；电路具有环境温度补偿功能；电路可在恒定直流、单脉冲、重复脉冲及任意波形等各种工作方式下完成电学到热学的仿真；电路在结温超限时提供切断功率级及报警信号；电路在结温恢复正常时自动恢复功率级的正常工作。

本发明的有益效果是，采用简单的模拟电路实时仿真了功率器件的结温升模型，实现了对功率器件结温的间接测量及仿真，为过温保护电路提供了科学、有效的保护措施和信息，进而提高了功率器件的使用安全性和可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是热学基本模型和电学基本模型的比较图。

图2是有热容量的热传导过程模型和有电容量的电传导过程模型的比较图。

图3是半导体功率器件结温仿真电路原理图。

具体实施方式

图1中的热学基本模型可表示为：