[发明专利]一种GaN器件结温和热阻监测电路及方法

说明书

一种GaN器件结温和热阻监测电路及方法，包括：微处理器，用于控制GaN器件开通与关断，还用于采集GaN器件的漏极电流I_DS并计算器件结温；恒流源监测电路，用于根据微处理器的信号控制GaN器件开关，并在开通时向GaN器件提供恒定的门极电流；安装在GaN器件的管壳上的热电偶，用于测量GaN器件的壳温；电压源，用于在GaN器件的漏‑源极间给GaN器件施加电压，使GaN器件工作在有源区。本发明一种GaN器件结温和热阻监测电路及方法，使得在不对其进行拆卸的情况下，既能获取器件结温，同时能方便准确的监测GaN器件热阻；具备便捷简单的优点。

技术领域

本发明涉及GaN器件监测技术领域，具体涉及一种GaN器件结温和热阻监测电路及方法。

背景技术

电力电子装置具有较高的能量转换效率和较好的受控能力，已被广泛应用于新能源发电、交通牵引、航空航天等领域，半导体器件是电力电子装置的核心组成部分，也是电力电子装置中最脆弱的部件，电力半导体器件对于电力电子装置的可靠性具有重要影响，因此提高电力电子装置的可靠性能满足更严格的安全和成本需求。GaN材料作为第三代半导体材料，具有禁带宽度大、击穿电场强度高、电子饱和漂移速度高、热导率高等优点，使用其制成的GaN器件耐压能力高、导通电阻小、开关速度快、开关频率高，具有Si器件无法比拟的优势。总之，GaN基电力电子器件技术是一项具有战略性的高新技术，对军用和民用领域都有极其重要的价值，国内外的很多半导体公司和研究机构对其进行了深入研究，开发了一系列应用于智能电源、车载逆变器等场合的GaN器件。GaN芯片与器件衬底、底座之间的连接是通过焊料连接实现的，但复杂恶劣的工况和交变的热-机械应力使得GaN器件成为电力电子装置中易老化损坏的器件之一。焊料层的老化会对器件的热阻产生明显影响，通过监测热阻变化可以实现GaN器件焊料层缺陷的状态监测。

现有的监测半导体器件热阻的方法主要有非电气量监测和电气量监测。其中，非电气量监测最常用的是红外热成像法，但这种方法使用成本高、仪器复杂，且会对器件造成不可恢复的损伤。而目前针对GaN器件结温的电气量监测很少。而传统的针对硅基器件结温的电气量监测还未证实可用于GaN器件结温监测。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种GaN器件结温和热阻监测电路及方法，使得在不对其进行拆卸的情况下，既能获取器件结温，同时能方便准确的监测GaN器件热阻；具备便捷简单的优点。

本发明采取的技术方案为：

一种GaN器件结温和热阻监测电路，包括：

微处理器，用于控制GaN器件开通与关断，还用于采集GaN器件的漏极电流I_DS并计算器件结温；

恒流源监测电路，用于根据微处理器的信号控制GaN器件开关，并在开通时向GaN器件提供恒定的门极电流；

安装在GaN器件的管壳上的热电偶，用于测量GaN器件的壳温；

电压源，用于在GaN器件的漏-源极间给GaN器件施加电压，使GaN器件工作在有源区。

所述恒流源监测电路包括：运算放大器A1、A2、A3，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12，电容C1；

电阻R1一端连接参考电压U_ref端，电阻R1另一端连接运算放大器A1的反相输入端，

电阻R2一端连接运算放大器A1的反相输入端，电阻R2另一端连接运算放大器A1的输出端；

电阻R3一端连接运算放大器A3的反馈信号端，电阻R3另一端接运算放大器A1的同相输入端；

电阻R4一端连接运算放大器A1的同相输入端，电阻R4另一端连接接地端；