[发明专利]微波功率器件瞬态温度测量系统及其数据处理方法

说明书

本发明公开了一种微波功率器件瞬态温度测量系统及其数据处理方法，涉及微波功率器件温度测量装置或方法技术领域。所述测量系统包括：红外辐射探测器，与放大大路的信号输入端连接，用于采集微波功率器件发出的红外辐射信号；放大电路，与数据采集卡的信号输入端连接，用于将采集的红外辐射信号进行放大处理；数据采集卡，与工控计算机进行双向数据交互，用于根据工控计算机的控制进行数据采集；工控计算机，用于处理数据采集卡采集的数据，并将采集卡采集的电信号转换为温度数据进行存储并显示。通过所述测量系统能够实现对微波功率器件周期性和非周期性的任意瞬态温度的测量，且测量速度快，精度高。

技术领域

本发明涉及微波功率器件温度测量装置或方法技术领域，尤其涉及一种微波功率器件瞬态温度测量系统及其数据处理方法。

背景技术

在微波功率器件温度测量领域中，红外测温法以其非接触测量，不影响器件正常工作条件的特点被广泛应用于各类器件的温度测量。

由于无需与被测件有直接的接触，红外测温装置适用于任何种类的微波功率器件。对于微波功率器件而言，不同条件下的温度或其变化可以反映器件的不同特性，如：显微红外热成像装置可以获取器件不同部位温度的分布情况如图1，这为器件的热设计和失效分析提供了有力的支持；瞬态红外设备能够测量器件某一部位温度随时间周期性变化的情况，如图2，这有效的支撑了对脉冲大功率器件的热特性研究工作。

上述两种红外测温装置在目前微波功率器件温度检测领域应用最为普遍。但是，在某些研究领域，需要对非周期性、呈高速变化的瞬态温度信号进行测量，如：根据国际标准JEDEC51-14分析微波功率器件的热阻抗和热接触变化时需要测量器件的升温曲线或降温曲线，图3是一幅典型的降温曲线。采用结构函数法分析升温曲线或降温曲线能够有效得到器件热传导途径的材料热特性（热阻、热容），能够有效发现器件热传导途径材料热特性的变化情况。该信号是非周期性的，且温度的主要变化集中在100ms甚至更短的时间内，现有的红外测温装置无法满足该需要。迄今为止，只有基于电学原理和拉曼原理的微波功率器件温度测量技术能够实现对升温曲线和降温曲线的测量。但是，电学法会干扰器件的工作状态，目前还无法满足给类器件尤其是新兴的GaN HEMT器件的测试需求；拉曼法测试系统复杂，测试速度慢，成本高，且国内尚无任何机构掌握该技术。

现有微波功率器件测温技术的优点有：

1）瞬态红外设备可以检测周期性高速变化的温度信号，有效满足对于脉冲工作条件下大功率器件的温度测量需求。

2）显微红外热像仪可以实现成像式检测，得到不同部位的温度分布情况，能够分辨微小结构的温度分布，具备较高的空间分辨力。

3）电学法会影响器件的工作状态，在GaN HEMT等新兴大功率器件温度测量方面成熟度较差，且不能测量瞬态温度。

4）拉曼法空间分辨率高，技术先进，适用于对器件结温的精确检测和分析，是近十几年来新兴的微波功率器件温度检测技术。

上述四种装置或技术的其缺点如下：

1）显微红外热成像装置测量速度较慢，只能实现帧频为50Hz以下的检测，某些精度较低的热像仪帧频可以达到上百，但是，这些无法满足对高速变化温度信号的检测需求。

2）瞬态红外设备只是针对周期性温度信号进行测量的。不具备测量非周期性温度信号的能力。

3）电学法会影响器件的工作状态，且无法测量GaN HEMT等新兴大功率器件。

4）拉曼法系统复杂，测量速度慢，国内尚无法实现对瞬态温度的测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种波功率器件瞬态测量系统及其数据处理方法，通过所述测量系统能够实现对微波功率器件周期性和非周期性的任意瞬态温度的测量，且测量速度快，精度高。