Appareil pour mesurer la température d'une jonction
d'un dispositif à semi-conducteurs
L'invention a pour objet un appareil pour mesurer la température d'une jonction d'un dispositif à semi-conducteurs.
Cet appareil est caractérisé par un premier dispositif pour établir un premier signal électrique indicateur de la température d'une partie externe d'un dispositif à semi-conducteurs, un second dispositif répondant au passage de courant traversant la jonction du dispositif à semi-conducteurs pour établir un second signal électrique indicateur de la différence entre la température de la jonction et la température de la partie externe du dispositif à semiconducteurs, et un troisième dispositif pour produire un signal de sortie indicateur de la température de la jonction en fonction de la somme du premier signal électrique et du second.
La figure unique du dessin annexé représente, à titre d'exemple, une fonte d'exécution de l'appareil objet de l'invention représentée sous forme d'un schéma électrique.
Une diode à semi-conducteurs 10, qui a une jonction dont on doit mesurer la température, est montée sur un dissipateur de chaleur à ailettes 11 et fait partie d'un ensemble redresseur normal. Sur le dissipateur est aussi montée une thermistance 12 en liaison thermique intime avec la diode. La thermistance 12 est isolée électriquement du dissipateur de chaleur et est reliée à un circuit électrique comprenant une résistance 13 et une source d'énergie en courant continu branchée entre des bornes 14 et 15.
La tension appliquée entre les bornes 14 et 15 et la valeur de la résistance 13 sont choisies de telle façon qu'une tension V1 établie à travers la résistance 13 représente la température du dissipateur dans un intervalle de températures prédéterminé, cet intervalle de températures étant choisi pour comprendre la température normale de fonctionnement du dissipateur. Comme la thermistance 12 est en liaison thermique intime avec la diode à semiconducteurs 10, la tension V1 représente donc la température de la partie externe de la diode en contact avec le dissipateur de chaleur 11.
Un transformateur de courant 16 contrôle le passage de courant à travers la diode par un conducteur 17, ce courant étant le courant qui passe à travers la jonction de la diode dont on doit mesurer la température. L'enroulement secondaire du transformateur de courant fournit à travers une résistance 18 un courant qui établit une tension à travers un circuit électrique indiqué de façon générale à l'intérieur du cadre 19 en trait interrompu, ce circuit étant conçu pour être un analogue électrique du circuit thennique de la diode à semi-conducteurs entre la jonction et la partie de la diode en contact avec le dissipateur de chaleur 11. (Voir par exemple l'article intitulé: :
An electrical analogue for heat flow problems in semi-conductors , Electrical Engineer, Août 1959, page 454.) Le circuit comprend un certain nombre de résistances 20 branchées en série et un certain nombre de condensateurs 21 montés en parallèle. Le courant secondaire du transformateur de courant 16 qui traverse le circuit 19 établit une tension V2 à travers la chalne de résistances 20 et cette tension V2 représente la différence de températures entre la jonction de la diode à semi-conducteurs et la surface externe de cette dernière en contact avec le dissipateur de chaleur. Des variations brusques du passage de courant à travers la diode ne produisent pas de variations équivalentes de la tension V2 parce que ces variations sont absorbées en dérivation par les condensateurs 21.
De telles variations brusques du courant de jonction ne produiraient évidemment pas de variations équivalentes de la température de jonction par suite de l'inertie thermique de la diode à semi-conducteurs. Un redresseur 22 garantit que la tension V2 est unidirectionnelle.
Une tension V3, somme des tensions V1 et V2, représente donc la température de la jonction de la diode à semi-conducteurs. Si nécessaire, la tension
V3 peut être comparée à une tension de référence et être utilisée pour faire fonctionner un relais de proteotion si elle dépasse une valeur prédéterminée.
On peut utiliser une disposition sembIable pour mesurer la tempçrature d'une jonction dans un dispositif à semi-conducteurs ayant plus d'une jonction, par exemple dans un transistor. Le circuit 19 serait disposé pour être l'analogue électrique du circuit thermique de la partie du dispositif à semi-conducteurs qui se trouve entre la jonction dont on doit mesurer la température et cette partie externe du dispositif à semi-conducteurs dont on mesure la température.
Device for measuring the temperature of a junction
of a semiconductor device
The invention relates to an apparatus for measuring the temperature of a junction of a semiconductor device.
This apparatus is characterized by a first device for establishing a first electrical signal indicative of the temperature of an external part of a semiconductor device, a second device responding to the passage of current through the junction of the semiconductor device to establishing a second electrical signal indicative of the difference between the temperature of the junction and the temperature of the external part of the semiconductor device, and a third device for producing an output signal indicative of the temperature of the junction as a function of the sum of the first electrical signal and the second.
The single figure of the appended drawing represents, by way of example, an execution cast of the apparatus which is the subject of the invention, represented in the form of an electric diagram.
A semiconductor diode 10, which has a junction whose temperature is to be measured, is mounted on a finned heat sink 11 and is part of a normal rectifier assembly. A thermistor 12 is also mounted on the dissipator in intimate thermal connection with the diode. Thermistor 12 is electrically isolated from the heat sink and is connected to an electrical circuit comprising a resistor 13 and a direct current power source connected between terminals 14 and 15.
The voltage applied between terminals 14 and 15 and the value of resistor 13 are chosen such that a voltage V1 established across resistor 13 represents the temperature of the heat sink in a predetermined temperature interval, this temperature interval being chosen to understand the normal operating temperature of the heatsink. As the thermistor 12 is in intimate thermal connection with the semiconductor diode 10, the voltage V1 therefore represents the temperature of the external part of the diode in contact with the heat sink 11.
A current transformer 16 controls the passage of current through the diode by a conductor 17, this current being the current which passes through the junction of the diode whose temperature is to be measured. The secondary winding of the current transformer supplies through a resistor 18 a current which establishes a voltage across an electrical circuit indicated generally within the box 19 in broken lines, this circuit being designed to be an electrical analogue of thermal circuit of the semiconductor diode between the junction and the part of the diode in contact with the heat sink 11. (See for example the article entitled::
An electrical analog for heat flow problems in semiconductors, Electrical Engineer, August 1959, page 454.) The circuit comprises a number of resistors 20 connected in series and a number of capacitors 21 connected in parallel. The secondary current of the current transformer 16 which passes through the circuit 19 establishes a voltage V2 through the chain of resistors 20 and this voltage V2 represents the temperature difference between the junction of the semiconductor diode and the outer surface of the latter. in contact with the heat sink. Sudden variations in the current flow through the diode do not produce equivalent variations in the voltage V2 because these variations are absorbed in shunt by the capacitors 21.
Such sudden changes in junction current would obviously not produce equivalent changes in junction temperature due to thermal inertia of the semiconductor diode. A rectifier 22 guarantees that the voltage V2 is unidirectional.
A voltage V3, sum of the voltages V1 and V2, therefore represents the temperature of the junction of the semiconductor diode. If necessary, the voltage
V3 can be compared to a reference voltage and be used to operate a protection relay if it exceeds a predetermined value.
A similar arrangement can be used to measure the temperature of a junction in a semiconductor device having more than one junction, for example in a transistor. The circuit 19 would be arranged to be the electrical analogue of the thermal circuit of the part of the semiconductor device which is located between the junction whose temperature is to be measured and this external part of the semiconductor device whose temperature is measured .