CN105572559A - 一种功率mosfet封装热阻比较装置 - Google Patents

一种功率mosfet封装热阻比较装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种功率MOSFET封装热阻比较装置，包括可调直流电源、开关电源、恒流控制板、双路点温计、功率MOSFET和散热器，其中功率MOSFET压接在散热器上；恒流控制板精确控制不同的功率MOSFET工作在放大区并保证相同的功率耗散，通过双路点温计测量功率MOSFET表面和位于其下部的散热器上的温度。本发明通过恒流控制板的控制作用，使流过功率MOSFET的电流得到精确控制，极大减小了由于不同功率MOSFET存在的开启电压差异而导致的电流差异。同时，在相同的功率耗散条件下，通过双路点温计测量功率MOSFET表面和位于其下部的散热器上的温度，可以较快捷并准确地比较出不同功率MOSFET封装热阻的大小。

Description

一种功率MOSFET封装热阻比较装置
技术领域
本发明涉及半导体测试技术领域，具体涉及一种功率MOSFET封装热阻比较装置。
背景技术
对于功率MOSFET来说，其性能不仅与芯片电参数有关，而且封装过程中选用的塑封料、框架、焊料(或粘片胶)、引线及生产工艺等也会对其性能产生极大的影响。其中还有一个对其性能影响较大的参数是封装热阻，封装热阻的大小表明了其向外部扩散热量的能力，对产品的可靠性起了非常关键的作用。因此在实际的生产和使用中，经常需要对功率MOSFET的封装热阻进行简单比较或测量，以确定其性能的优劣。
目前，一般使用热阻测试仪来测量功率MOSFET的封装热阻，虽然可以直接测量出封装热阻，但其结构复杂、价格非常高，很多企业和个人无法承受，不能在实际的生产和使用中被广泛应用。
因此，现有技术中还有另外一种比较简便快捷的方式，即通过在工作状态下直接测量功率MOSFET的温升来对比封装内阻。但是这种方式是不科学的，因为对于不同的功率MOSFET来说，其动态和静态参数是存在差异的，即使是在相同工作条件下，器件本身也不可能有相同的功率耗散，所以测得的温升也不能完全反映封装热阻的大小，对比结果精度较低。
发明内容
本发明提供一种功率MOSFET封装热阻比较装置，以解决现有技术中的测量装置使用成本高以及对比结果精度较低的问题。
本发明提供一种功率MOSFET封装热阻比较装置，包括可调直流电源、开关电源、恒流控制板、双路点温计、功率MOSFET和散热器，其中所述功率MOSFET压接在所述散热器上；所述可调直流电源的输出正极与所述功率MOSFET的漏极连接，输出负极与所述恒流控制板的电源负极连接；所述开关电源的输出正级与所述恒流控制板的电源正极连接，输出负极与所述恒流控制板的电源负极连接；所述恒流控制板的驱动端和回流端分别与所述功率MOSFET的栅极和源极连接，所述双路点温计的两路探头分别测量所述功率MOSFET的表面温度以及所述散热器上位于所述功率MOSFET底部处的温度。
作为本发明的优选方式，所述恒流控制板上设有恒流控制芯片，所述恒流控制芯片具有八个引脚，所述恒流控制芯片上还设有第一运算放大器、第二运算放大器和电压基准。
作为本发明的优选方式，所述第一运算放大器的输出端管脚与所述恒流控制芯片的第一引脚连接，负极输入端管脚与所述恒流控制芯片的第二引脚连接，正极输入端管脚分别与所述恒流控制芯片的第三引脚和所述电压基准连接，所述电压基准的另一端与所述恒流控制芯片的第四引脚连接；所述第二运算放大器的输出端管脚与所述恒流控制芯片的第七引脚连接，负极输入端管脚与所述恒流控制芯片的第六引脚连接，正极输入端管脚与所述恒流控制芯片的第五引脚连接。
作为本发明的优选方式，所述恒流控制板上还设有四个分压电阻、一个电流采样电阻和三个滤波电容；所述恒流控制芯片的第八引脚和第四引脚经第三滤波电容滤波后分别与所述恒流控制板的电源正极和电源负极连接；所述恒流控制芯片的第一引脚和第二引脚分别与第一分压电阻连接，所述第一分压电阻的另一端分别与第二分压电阻和所述恒流控制芯片的第五引脚连接，所述第二分压电阻的另一端与所述恒流控制芯片的第四引脚连接；所述第一滤波电容的一端与所述恒流控制芯片的第五引脚连接，另一端与所述恒流控制芯片的第四引脚连接；电流采样电阻的一端与所述恒流控制板的回流端连接，同时还经第四分压电阻与所述恒流控制芯片的第六引脚连接；第三分压电阻的一端与所述恒流控制芯片的第七引脚连接，另一端分别与所述恒流控制板的驱动端和第二滤波电容连接；所述第一滤波电容、所述电流采样电阻以及所述第二滤波电容的另一端还均与所述恒流控制板的电源负极连接。
作为本发明的优选方式，还包括交流输入电源，所述交流输入电源分别与所述可调直流电源和所述开关电源连接。
作为本发明的优选方式，所述开关电源的输出电压为15V。
本发明提供的一种功率MOSFET封装热阻比较装置，通过恒流控制板的控制作用，使流过功率MOSFET的电流得到精确控制，极大减小了由于不同功率MOSFET存在的开启电压差异而导致的电流差异。另外，由于功率MOSFET的漏极和源极上的电压等于可调直流电源的电压或采样电阻RS上的电压，所以恒定的电流和确定的电压保证了在测试不同功率MOSFET时，其耗散的功率是一样的；因此在相同的功率耗散条件下，通过双路点温计测量功率MOSFET表面和位于其下部的散热器上的温度，可以较快捷并准确地比较出不同功率MOSFET封装热阻的大小，在实际的生产和使用非常实用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的功率MOSFET封装热阻比较装置的电路原理图；
图2为本发明实施例提供的功率MOSFET封装热阻比较装置中恒流控制板的电路原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例公开了一种功率MOSFET封装热阻比较装置，在对功率MOSFET的封装热阻进行简单比较以确定其性能的优劣时，比前述现有技术中提供的两种方式更实用，而且该装置成本较低、对比精度较高，在实际的生产和使用中非常实用。
参照图1所示，本发明实施例提供的一种功率MOSFET封装热阻比较装置，包括交流输入电源、可调直流电源、开关电源、恒流控制板、双路点温计、功率MOSFET和散热器，其中功率MOSFET压接在散热器上。交流输入电源给可调直流电源和开关电源供电，可调直流电源的输出提供功率MOSFET的耗散功率，开关电源为恒流控制板供电。恒流控制板精确控制不同的功率MOSFET工作在放大区并保证相同的功率耗散，通过双路点温计测量功率MOSFET表面和位于其下部的散热器上的温度。根据要比较的不同功率MOSFET表面温度差异的多少，可以准确地看出要比较的不同待测功率MOSFET封装热阻的差异大小。其中，交流输入电源为220V交流电源，开关电源的输出电压为15V。
交流输入电源分别与可调直流电源和开关电源连接，即可调直流电源的各个输入端(L、N、PE)和开关电源的各个输入端(L、N、PE)分别与交流输入电源的各个输出端(L、N、PE)分别对应连接。可调直流电源的输出正极与功率MOSFET的漏极连接，其输出负极与所述恒流控制板的电源负极连接。开关电源的输出正级与恒流控制板的电源正极连接，其输出负极与恒流控制板的电源负极连接。恒流控制板的驱动端和回流端分别与功率MOSFET的栅极和源极连接，双路点温计的口A处的探头测量功率MOSFET的表面温度，双路点温计的口B处的探头测量散热器上位于功率MOSFET下部位置处的温度。
进一步参照图2所示，恒流控制板上设有恒流控制芯片IC1，该恒流控制芯片IC1具有八个引脚，恒流控制芯片IC1上还设有第一运算放大器AP1、第二运算放大器AP2和电压基准D＇。其中，第一运算放大器AP1的输出端管脚与恒流控制芯片IC1的第一引脚连接，负极输入端管脚与恒流控制芯片IC1的第二引脚连接，正极输入端管脚分别与恒流控制芯片IC1的第三引脚和电压基准D＇连接，电压基准D＇的另一端与恒流控制芯片IC1的第四引脚连接。第二运算放大器AP2的输出端管脚与恒流控制芯片IC1的第七引脚连接，负极输入端管脚与恒流控制芯片IC1的第六引脚连接，正极输入端管脚与恒流控制芯片IC1的第五引脚连接。
恒流控制板上还设有四个分压电阻、一个电流采样电阻和三个滤波电容。其中，恒流控制芯片IC1的第八引脚和第四引脚经第三滤波电容C3滤波后，分别与恒流控制板的电源正极和电源负极连接，第三滤波电容C3可起到电源退耦的作用。恒流控制芯片IC1的第一引脚和第二引脚分别与第一分压电阻R1连接，第一分压电阻R1的另一端分别与第二分压电阻R2和恒流控制芯片IC1的第五引脚连接，第二分压电阻R2的另一端与恒流控制芯片IC1的第四引脚连接。第一滤波电容C1的一端与恒流控制芯片IC1的第五引脚连接，另一端与恒流控制芯片IC1的第四引脚连接。电流采样电阻RS的一端与恒流控制板的回流端连接，同时还经第四分压电阻R4与恒流控制芯片IC1的第六引脚连接。第三分压电阻R3的一端与恒流控制芯片IC1的第七引脚连接，另一端分别与恒流控制板的驱动端和第二滤波电容C2连接。第一滤波电容C1、电流采样电阻RS以及第二滤波电容C2的另一端还均与恒流控制板的电源负极连接。
在上述的恒流控制板中，恒流控制芯片IC1中的第一运算放大器AP1构成电压跟随器，第二运算放大器AP2构成电压比较器。恒流控制板通过由第一分压电阻R1和第二分压电阻R2预设的比较阀值，即电平值，从而精确控制功率MOSFET的耗散功率，控制回路中第二运算放大器AP2、功率MOSFET、采样电阻RS组成负反馈回路。
本发明实施例提供的一种功率MOSFET封装热阻比较装置，其具体工作方式为：接通交流输入电源后，开关电源给恒流控制板供电，恒流控制板上的恒流控制芯片IC1开始工作，恒流控制芯片IC1的内部电压基准D＇产生2.5V的基准电压。该基准电压通过第一运算放大器AP1进行电压跟随，然后经恒流控制芯片IC1的第一引脚输出，再经第一分压电阻R1和第二分压电阻R2分压、第一滤波电容C1滤波后输入到恒流控制芯片IC1的第五引脚作为第二运算放大器AP2的输入比较阀值电平。第二运算放大器AP2的另一路输入信号是来自可调直流电源的输出正极经功率MOSFET的漏极D流到其源极S，然后再到恒流控制板的回流端，进一步经电流采样电阻RS电流采样后的电压。
当流过功率MOSFET的电流比较小的情况下，电流采样电阻RS上的电压未达到恒流控制芯片IC1的第五引脚的比较阀值电平，第二运算放大器AP2输出高电压至恒流控制芯片IC1的第七引脚，经第三分压电阻R3输出到恒流控制板的驱动端，再到功率MOSFET的栅极G。这时功率MOSFET会趋向于打开状态，则流过功率MOSFET的电流会增大，电流采样电阻RS上压降也会随着增大，当这个压降增大到大于恒流控制芯片IC1的第五引脚的比较阀值电平时，第二运算放大器AP2输出低电压至恒流控制芯片IC1的第七引脚，经第三分压电阻R3输出到恒流控制板的驱动端再到功率MOSFET的栅极G。这时功率MOSFET会趋向于关闭状态，则流过功率MOSFET的电流会减小，电流采样电阻RS上压降也会随着减小。
这样就形成了一个负反馈控制回路，最终将流过电流采样电阻RS的电流，也就是流过功率MOSFET的电流控制稳定在一个限定值上，这个电流值等于恒流控制芯片IC1的第五引脚的比较阀值电平除以电流采样电阻RS的电阻值。功率MOSFET的耗散功率稳定在这个电流与电压降的乘积上，经散热器向外扩散热量。经过一段时间达到热平衡，在这个过程中可以每隔一定时间记录功率MOSFET的表面温度和散热器上位于功率MOSFET下部位置处的温度。测量完成后，用同样的方法再测量另外一个要比较的功率MOSFET，并记录温度。两个功率MOSFET在测量完成后，对比记录的温度。由于本装置可以精确地控制不同功率MOSFET的耗散功率达到一致，所以表面温度较高的功率MOSFET的封装热阻大，相应的导热能力也差。此外，根据温度差异的多少，本领域技术人员可以准确地比较出两个功率MOSFET的封装热阻的差异大小。
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。

Claims (6)

1.一种功率MOSFET封装热阻比较装置，其特征在于，包括可调直流电源、开关电源、恒流控制板、双路点温计、功率MOSFET和散热器，其中所述功率MOSFET压接在所述散热器上；所述可调直流电源的输出正极与所述功率MOSFET的漏极连接，输出负极与所述恒流控制板的电源负极连接；所述开关电源的输出正级与所述恒流控制板的电源正极连接，输出负极与所述恒流控制板的电源负极连接；所述恒流控制板的驱动端和回流端分别与所述功率MOSFET的栅极和源极连接，所述双路点温计的两路探头分别测量所述功率MOSFET的表面温度以及所述散热器上位于所述功率MOSFET下部位置处的温度。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述恒流控制板上设有恒流控制芯片，所述恒流控制芯片具有八个引脚，所述恒流控制芯片上还设有第一运算放大器、第二运算放大器和电压基准。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一运算放大器的输出端管脚与所述恒流控制芯片的第一引脚连接，负极输入端管脚与所述恒流控制芯片的第二引脚连接，正极输入端管脚分别与所述恒流控制芯片的第三引脚和所述电压基准连接，所述电压基准的另一端与所述恒流控制芯片的第四引脚连接；所述第二运算放大器的输出端管脚与所述恒流控制芯片的第七引脚连接，负极输入端管脚与所述恒流控制芯片的第六引脚连接，正极输入端管脚与所述恒流控制芯片的第五引脚连接。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述恒流控制板上还设有四个分压电阻、一个电流采样电阻和三个滤波电容；所述恒流控制芯片的第八引脚和第四引脚经第三滤波电容滤波后分别与所述恒流控制板的电源正极和电源负极连接；所述恒流控制芯片的第一引脚和第二引脚分别与第一分压电阻连接，所述第一分压电阻的另一端分别与第二分压电阻和所述恒流控制芯片的第五引脚连接，所述第二分压电阻的另一端与所述恒流控制芯片的第四引脚连接；所述第一滤波电容的一端与所述恒流控制芯片的第五引脚连接，另一端与所述恒流控制芯片的第四引脚连接；电流采样电阻的一端与所述恒流控制板的回流端连接，同时还经第四分压电阻与所述恒流控制芯片的第六引脚连接；第三分压电阻的一端与所述恒流控制芯片的第七引脚连接，另一端分别与所述恒流控制板的驱动端和第二滤波电容连接；所述第一滤波电容、所述电流采样电阻以及所述第二滤波电容的另一端还均与所述恒流控制板的电源负极连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，还包括交流输入电源，所述交流输入电源分别与所述可调直流电源和所述开关电源连接。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述开关电源的输出电压为15V。
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