一种功率半导体模块的温度分布特性测试系统的利记博彩app
【专利摘要】本发明公开了一种功率半导体模块的温度分布特性测试系统，包括：电源单元、控制单元、红外热像仪负载、功率半导体模块的驱动单元和上位机；所述控制单元通过电源单元为负载供电，并控制调节恒压模式下的负载电流和/或恒流模式下的负载电压，并按照上位机发送的不同实际工作状态的工作参数，通过驱动单元控制被测功率半导体模块处于不同的实际工作状态；所述上位机接收红外热像仪发送的被测功率半导体模块的温度数据，获得被测功率半导体模块的温度分布特性；并产生不同实际工作状态的工作参数，发送给控制单元。应用本发明，能够实现模拟实际工况下的实时测试，进而为功率半导体模块的布局设计提供可靠的温度数据。
【专利说明】一种功率半导体模块的温度分布特性测试系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体模块的测试技术，特别涉及一种功率半导体模块的温度分布特性测试系统。
【背景技术】
[0002]通常，功率半导体器件，例如:绝缘双极型晶体管(IGBT)器件，在通电工作过程中会发热。一般来讲，不同拓扑结构的电路由一个或多个功率半导体模块构成，每个功率半导体模块主要包括功率半导体芯片、DBC、铜基板等。随着芯片集成度的提高，由其形成的功率半导体模块的单位体积热流密度越来越高，导致发热量和温度急剧上升。同时，由于功率半导体模块各部位的电流强度不相等，导致功率半导体模块中的芯片表面各部位的温度也不同。
[0003]如果功率半导体模块的布局设计合理、材料和封装工艺均没有缺陷，那么在实际工况条件下运行其温度分布也是合理的，因温度而失效的概率也降低，相应的其工作寿命也随之增加；相反如果功率半导体模块的布局设计不合理、材料缺陷、工艺缺陷等都会造成在实际运行条件下功率半导体模块内部温度分布的异常，进而导致功率半导体模块失效概率的增加和可靠性的降低。
[0004]因此，需要对功率半导体模块进行温度分布特性测试。目前，对功率半导体模块进行温度分布特性测试的主要方法是:通过电源单元为功率半导体模块加电，并用控制单元控制其处于工作状态，在功率半导体模块正常工作情况下，用红外热像测温系统对该功率半导体模块进行温度分布特性测试。
[0005]这种功率半导体模块温度分布特性测试方法，不能模拟实际工况，进行实时测试。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种功率半导体模块温度分布特性测试系统，以实现模拟实际工况下的实时测试。
[0007]为达到上述目的，本发明提供了一种功率半导体模块温度分布特性测试系统，包括:电源单元、控制单元、红外热像仪、负载、功率半导体模块的驱动单元和上位机；
[0008]所述控制单元与电源单元、负载和所述驱动单元分别相连，该驱动单元还与被测功率半导体模块相连；所述上位机与红外热像仪和控制单元分别相连；
[0009]所述控制单元通过电源单元为负载供电，并控制调节恒压模式下的负载电流和/或恒流模式下的负载电压，并按照上位机发送的不同实际工作状态的工作参数，通过驱动单元控制被测功率半导体模块处于不同的实际工作状态；
[0010]所述上位机接收红外热像仪发送的被测功率半导体模块的温度数据，获得被测功率半导体模块的温度分布特性；产生不同实际工作状态的工作参数，发送给控制单元。
[0011]较佳地，该系统还包括冷却装置和温度传感器；所述冷却装置设置在功率半导体模块下方，其与控制单元相连，在控制单元控制下为被测功率半导体模块降温；所述温度传感器安装在功率半导体模块底板上，其与控制单元相连，向控制单元发送温度信号；所述控 制单元进一步接收温度传感器发送的温度信号，根据被测功率半导体模块的温度，向冷却 装置发送工作参数，控制冷却装置为被测功率半导体模块降温。
[0012]较佳地，该系统还包括电流传感器和电压传感器；所述电流传感器和电压传感器 安装在负载的电源输入端，均与控制单元相连，向控制单元发送负载的电流信号和电压信 号；所述控制单元进一步接收所述负载的电流信号和电压信号，根据所述负载的电流信号 和电压信号，控制调节恒压模式下的负载电流或者恒流模式下的负载电压；并将所述温度 信号、输入电流信号和输出电压信号发送给上位机进行显不。
[0013]较佳地，所述控制单元连接有报警电路，控制单元在输入电流信号或输出电压信 号异常时，通过驱动单元关断被测功率半导体模块，并控制报警电路发出声和/或光报警信号。
[0014]较佳地，所述被测功率半导体模块为:单独的IGBT模块、IGCT模块、MOSFET模块 或IPM模块；
[0015]或所述被测功率半导体模块为:由多个IGBT模块、IGCT模块、MOSFET模块或IPM 模块构成不同拓扑结构的被测模块，则所述驱动单元包括多个相同类型的驱动模块，其中 每个IGBT模块、IGCT模块或MOSFET模块通过一个驱动模块连接到控制单元，IPM模块直接 通过本身集成的驱动单元连接到控制单元。
[0016]较佳地，若所述被测功率半导体模块为:功率半导体模块中的分立部件，则该系统 还包括:大电流开关模块；所述大电流开关模块设置在电源单元与被测功率半导体模块之 间。
[0017]较佳地，所述大电流开关模块由I个IGBT模块实现。
[0018]较佳地，该系统还包括与控制单元相连的显示单元，用于显示被测功率半导体模 块不同的实际工作状态。
[0019]较佳地，所述控制单元为DSP控制模块；所述冷却装置为风冷或水冷装置；所述 负载为阻感性负载；所述驱动单元由被测功率半导体模块对应的驱动芯片及其外围电路实 现。
[0020]较佳地，所述电源单元通过RS485接口与控制单元相连；所述负载、驱动单元、冷 却装置通过I/O 口与控制单元相连；所述上位机通过RS232接口与控制单元相连，通过网线 接口与红外热像仪相连。
[0021]由上述的技术方案可见，本发明提供的这种功率半导体模块温度分布特性测试系 统，由控制单元控制调节恒压模式下的负载电流或者恒流模式下的负载电压，并按照上位 机发送的实际工作状态的工作参数，通过驱动单元控制被测功率半导体模块处于不同的实 际工作状态。上位机接收红外热像仪发送的被测功率半导体模块的温度数据，获得被测功 率半导体模块的温度分布特性；并产生不同实际工作状态的工作参数，发送给控制单元。因 此，能够实现模拟实际工况下的实时测试，进而为功率半导体模块的布局设计提供可靠的 温度数据。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明测试系统的第一较佳实施例的结构图；[0023]图2为本发明测试系统的第二较佳实施例的结构图；
[0024]图3为本发明测试系统的第三较佳实施例的结构图。
【具体实施方式】
[0025]以下参照附图并举具体实施例对本发明进行详细说明。
[0026]本发明提供了一种功率半导体模块温度分布特性测试系统，以实现模拟实际工况下的实时测试，进而为功率半导体模块的布局设计提供可靠的温度数据。
[0027]以下举两个具体实施例对本发明进行详细说明。
[0028]第一较佳实施例。
[0029]如图1所示，本实施例的功率半导体模块的温度分布特性测试系统，包括:控制单元101、电源单元102、负载103、功率半导体模块的驱动单元104、红外热像仪105、和上位机106、电流传感器107、电压传感器108、冷却装置109、温度传感器110和显示单元120。
[0030]其中，控制单元101与电源单元102、负载103、驱动单元104、电流传感器107、电压传感器108、冷却装置109和温度传感器110分别相连。该驱动单元104还与被测功率半导体模块100相连；上位机106与红外热像仪105和控制单元101分别相连。
[0031]如图1所示，控制单元101通过电源单元102为负载103供电，并控制调节恒压模式下的负载电流或者恒流模式下的负载电压，并按照上位机106发送的实际工况的工作参数，通过驱动单元104控制被测功率半导体模块100处于不同的实际工作状态。
[0032]上位机106接收红外热像仪105发送的被测功率半导体模块100的温度数据，获得被测功率半导体模块的温度分布特性。上位机106还能够产生实际工况的工作参数，发送给控制单元101。
[0033]为了防止被测功率半导体模块100过热被损坏，及获得被测功率半导体模块100的实时温度，本实施例设置了冷却装置109和温度传感器110。具体地，冷却装置109设置在被测功率半导体模块100的下方，其与控制单元101相连，在控制单元101的控制下为被测功率半导体模块100降温。温度传感器110安装在被测功率半导体模块100底板上，其与控制单元101相连，向控制单元101发送温度信号。
[0034]这样，控制单元101接收温度传感器110发送的温度信号，根据被测功率半导体模块100的实时温度，向冷却装置109发送工作参数，控制冷却装置109为被测功率半导体模块降温。
[0035]本实施例中，冷却装置109采用常用的冷却装置，具体可以是水冷装置也可以是风冷装置，例如:风扇。因此，控制单元101向冷却装置109发送的工作参数，可以是风扇的风速或水冷装置的水流速。具体的控制方式与现有技术完全相同，这里不再赘述。
[0036]本实施例中，为了防止被测功率半导体模块100过流或过压被损坏，及获得被测功率半导体模块100的实时电流和电压，本系统中还设置了电流传感器107、电压传感器108及报警电路(图1中未示出)。具体地，电流传感器107和电压传感器108都安装在负载103的电源输入端，均与控制单元101相连，向控制单元101发送负载103的输入电流信号和电压信号。报警电路与控制单元101直接相连，可以是声报警电路如:蜂鸣器，也可以是光报警电路:如LED灯等。
[0037]这样，控制单元101接收所述负载的电流信号和电压信号，根据所述电流信号和电压信号，控制调节恒压模式下的负载电流，和/或恒流模式下的负载电压，并将输入电流 信号、电压信号及从温度传感器接收的温度信号发送给上位机106进行显示。当所述输入 电流信号或电压信号异常时，例如:超过预先设定的阈值时，控制单元101通过控制电源单 元102关断被测功率半导体模块100，并控制报警电路发出声和/或光报警信号。
[0038]另外，本实施例中为了更直观的看到被测功率半导体模块100当前的工作状态， 设置了显示单元120，用于显示被测功率半导体模块100不同的实际工作状态。具体可以用 LED显示屏或IXD显示屏来实现。
[0039]本实施例中的被测功率半导体模块100可以为:单独IGBT模块、IGCT模块、 MOSFET模块或IPM模块等，以及模块内部其他分立部件。
[0040]本实施例中的控制单元101可以为DSP控制模块，负载103可以为阻感性负载，例 如:电动机、功率电阻等。驱动单元104可以由由各个被测模块对应的驱动芯片，例如:IGBT 模块对应使用KA962F芯片及其外围电路实现。电源单元102通过RS485接口与控制单元 101相连，负载103、驱动单元104、冷却装置109、温度传感器110、电流传感器107、电压传 感器108和显示单元120均通过I/O 口与控制单元101相连。
[0041 ] 本实施例中，上位机106可以由计算机实现，其通过RS232接口与控制单元101相 连，通过网线接口与红外热像仪105相连。上位机106内部安装有红外热像仪105的控制 软件，能够根据红外热像仪105发送的温度数据，生成温度分布特性结果，通过显示器显示 出来。另外，本实施例中，上位机106内部还有控制和显示界面，能够输入或预先存储了多 种不同实际工作状态对应的工作参数，按照测试需要向控制单元101发送控制命令及工作 参数。
[0042]以下简述一下本系统的工作过程:
[0043]首先，在上位机上输入被测功率半导体模块的工作方式、负载电流、测试脉冲参 数，如占空比、周期等，发送给控制单元。
[0044]控制单元根据收到的参数，向电源单元发送负载电流参数，并产生测试脉冲通过 驱动单元发送给被测功率半导体模块，并向冷却装置发送风速/水流速度等工作参数。
[0045]驱动单元驱动被测功率半导体模块。
[0046]温度传感器、电流传感器和电压传感器采集到的信号输入到控制单元。
[0047]控制单元将采集到的电压、电流、温度值实时传送到上位机中，并根据这些信号通 过PID控制算法进行闭环控制，实现温度的恒定控制及电压和电流的控制。同时，根据采集 的电压、电流值与预先设置的阈值进行比较判断，若超出则通过驱动单元关断被测功率半 导体模块，并控制报警电路发出声和/或光报警信号。
[0048]红外热像仪实时将被测功率半导体模块表面温度场分布传送至上位机进行显示。
[0049]第二较佳实施例。
[0050]如图2所示，本实施例的功率半导体模块的温度分布特性测试系统，与第一较佳 实施例相同，也包括:控制单元201、电源单元202、负载203、功率半导体模块的驱动单元 204、红外热像仪205、和上位机206、电流传感器207、电压传感器208、冷却装置209、温度传 感器210和显示单元220。
[0051]本实施例中的各个模块之间的连接关系和工作原理与第一较佳实施例基本相同， 区别仅在于:被测功率半导体模块200为:由多个IGBT模块构成的不同拓扑结构的被测模块。驱动单元204包括多个相同的驱动模块，其中每个IGBT模块(图2中成为被测子模块)通过一个驱动模块连接到控制单元201。
[0052]第三较佳实施例。
[0053]本实施例的功率半导体模块的温度分布特性测试系统，本实施例中的被测功率半导体模块为由多个MOSFET模块(图2中成为被测子模块)构成的功率半导体模块。
[0054]如图3所示，本实施例的功率半导体模块的温度分布特性测试系统，除了包括与第二较佳实施例相同的部分:控制单元301、电源单元302、负载303、功率半导体模块的驱动单元304、红外热像仪305、和上位机306、电流传感器307、电压传感器308、冷却装置309、温度传感器310和显示单元320外，还包括:大电流开关模块311，该大电流开关模块311设置在电源单元302与被测功率半导体模块300之间。
[0055]本实施例中的被测功率半导体模块300为功率半导体模块中的多个分立部件，通过大电流开关模块311来控制这些分立部件的同时导通和关断。具体地，本实施例中，大电流开关模块311可以由一个IGBT模块实现。
[0056]本实施例中的各个模块之间的连接关系和工作原理与第二较佳实施例基本相同，区别仅在于:控制单元301通过控制电源单元302控制大电流开关模块311来实现对被测功率半导体模块300的导通/关断控制。
[0057]另外，需要说明的是，上述实施例中，如果被测半导体模块是IPM模块，可以由该模块集成的驱动单元实现实施例中驱动单元的功能。
[0058]由上述的实施例可见，应用本发明的功率半导体模块的温度分布特性测试系统，能够模拟不同工况，实现对实际工作状态的实时测试，进而为功率半导体模块的布局设计提供可靠的温度数据。
【权利要求】
1.一种功率半导体模块的温度分布特性测试系统，包括:电源单元、控制单元和红外热像仪，其特征在于:还包括负载、功率半导体模块的驱动单元和上位机； 所述控制单元与电源单元、负载和所述驱动单元分别相连，该驱动单元还与被测功率半导体模块相连；所述上位机与红外热像仪和控制单元分别相连； 所述控制单元通过电源单元为负载供电，并控制调节恒压模式下的负载电流和/或恒流模式下的负载电压，并按照上位机发送的不同实际工作状态的工作参数，通过驱动单元控制被测功率半导体模块处于不同的实际工作状态； 所述上位机接收红外热像仪发送的被测功率半导体模块的温度数据，获得被测功率半导体模块的温度分布特性；产生不同实际工作状态的工作参数，发送给控制单元。
2.如权利要求1所述的温度分布特性测试系统，其特征在于:该系统还包括冷却装置和温度传感器； 所述冷却装置设置在功率半导体模块下方，其与控制单元相连，在控制单元控制下为被测功率半导体模块降温； 所述温度传感器安装在功率半导体模块底板上，其与控制单元相连，向控制单元发送温度信号； 所述控制单元进一步接收温度传感器发送的温度信号，根据被测功率半导体模块的温度，向冷却装置发送工作参数，控制冷却装置为被测功率半导体模块降温。
3.如权利要求2所述的温度分布特性测试系统，其特征在于:该系统还包括电流传感器和电压传感器； 所述电流传感器和电压传感器 安装在负载的电源输入端，均与控制单元相连，向控制单元发送负载的电流信号和电压信号； 所述控制单元进一步接收所述负载的电流信号和电压信号，根据所述负载的电流信号和电压信号，控制调节恒压模式下的负载电流或者恒流模式下的负载电压；并将所述温度信号、输入电流信号和输出电压信号发送给上位机进行显不。
4.如权利要求3所述的温度分布特性测试系统，其特征在于:所述控制单元连接有报警电路，控制单元在输入电流信号或输出电压信号异常时，通过驱动单元关断被测功率半导体模块，并控制报警电路发出声和/或光报警信号。
5.如权利要求1-4任一项所述的温度分布特性测试系统，其特征在于:所述被测功率半导体模块为:单独的IGBT模块、IGCT模块、MOSFET模块或IPM模块； 或所述被测功率半导体模块为:由多个IGBT模块、IGCT模块、MOSFET模块或IPM模块构成不同拓扑结构的被测模块，则所述驱动单元包括多个相同类型的驱动模块，其中每个IGBT模块、IGCT模块或MOSFET模块通过一个驱动模块连接到控制单元，IPM模块直接通过本身集成的驱动单元连接到控制单元。
6.如权利要求5所述的温度分布特性测试系统，其特征在于:若所述被测功率半导体模块为:功率半导体模块中的分立部件，则该系统还包括:大电流开关模块； 所述大电流开关模块设置在电源单元与被测功率半导体模块之间。
7.如权利要求6所述的温度分布特性测试系统，其特征在于:所述大电流开关模块由I个IGBT模块实现。
8.如权利要求5所述的温度分布特性测试系统，其特征在于:该系统还包括与控制单元相连的显示单元，用于显示被测功率半导体模块不同的实际工作状态。
9.如权利要求1-4任一项所述的温度分布特性测试系统，其特征在于:所述控制单元为DSP控制模块；所述冷却装置为风冷或水冷装置；所述负载为阻感性负载；所述驱动单元由被测功率半导体模块对应的驱动芯片及其外围电路实现。
10.如权利要求9所述的温度分布特性测试系统，其特征在于:所述电源单元通过 RS485接口与控制单元相连；所述负载、驱动单元、冷却装置通过I/O 口与控制单元相连； 所述上位机通过RS232接口与控制单元相连，通过网线接口与红外热像仪相连。
【文档编号】G01J5/00GK103575401SQ201210254542
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月20日 优先权日:2012年7月20日
【发明者】郑利兵, 花俊, 方化潮, 韩立, 靳鹏云, 王春雷 申请人:中国科学院电工研究所