功率器件结温和壳顶温度，差多少？

9108760 · 发表于 2020-10-18

测量和校核开关电源、电机驱动以及一些电力电子变换器的功率器件结温，如MOSFET或IGBT的结温，是一个不可或缺的过程，功率器件的结温与其安全性、可靠性直接相关。测量功率器件的结温常用二种方法：
1、热电偶
2、红外热成像测温仪

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图1：热电偶

图2：红外热成像测温仪

为了提高热电偶的测量精度，需要对其做精确的温度补偿；热电偶本身要用特定的粘胶固定在测量器件的表面，固定的方式和接触面积都会影响测量的精度；相对于测量的功率器件，如果热电偶接触面积大，本身相当于散热器的作用，会严重的影响测量精度。

红外热成像仪不需要和器件接触，因此测量过程对测量的精度几乎没有影响，因此近年来获得大量的使用。红外热成像测温仪得到温度如图3所示，温度最高的点为功率器件，那么这个温度是功率器件的结温，还是功率器件塑料外壳顶部的温度？

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图3：红外热成像测温仪测量温度

毫无疑问，测量的这个温度是功率器件塑料外壳顶部，那么这个温度和功率器件内部硅片的结温一样吗？当然不一样，功率器件内部硅片的结温高于塑料外壳顶部的温度。结温和壳顶温度差多少？

数据表中，RthJC是结到壳（底部铜皮）的热阻，不是结到壳顶的热阻，如下表所示。RthJT+RthTA 远远大于RthJC+ RthCA，只有很少的一部分热量从壳顶导出，因此结温和壳顶温度差异很小。

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图4：底部有铜皮功率器件的热阻

没有简单的方法来估算这个差值，仿真的差值如下图所示。不同的封闭类型、不同的外壳材料等因素都会影响到这个差值，经验值通常取5-10℃左右。

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图5：红外热成像测温仪测量温度和仿真温度

经常有工程师问到这样的问题，如何才能准确的测量到功率器件内部硅片的结温？

静态的条件下，可以测量功率器件内部寄生的二极管的压降，通过校核的结温曲线，查到相应的内部硅片的结温。在实际电路工作的条件下，不太可能测量内部寄生的二极管的压降，因此实时的测量内部硅片的结温也不太现实。
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对于特定器件，可以使用上述静态的方式，结合红外热成像测温仪，校核它们之间的差值，然后在实际的测量中，使用这个差值来得到结温。

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