PL194602B1

PL194602B1 - Sposób i układ do pomiaru rezystancji termicznej scalonych regulatorów zasilaczy impulsowych

Info

Publication number: PL194602B1
Application number: PL344803A
Authority: PL
Inventors: Krzysztof Górecki; Piotr Andrzej Jasicki; Janusz Andrzej Zarębski
Original assignee: Akademia Morska W Gdyni
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2007-06-29
Also published as: PL344803A1

Abstract

1. Sposób pomiaru rezystancji termicznej scalonych regulatorów zasilaczy impulsowych zawierających oscylator ze złączem p-n, w której wykorzystuje się napięcie na tym złączu, spolaryzowanym w kierunku przewodzenia, jako parametr termoczuły przy pomiarze wieloetapowym, znamienny tym, że w pierwszym etapie mierzy się napięcie na złączu p-n przy ustalonej wartości prądu pomiarowego i w ustalonej temperaturze otoczenia przy wyłączonym zasilaniu regulatora, w drugim etapie mierzy się napięcie na złączu p-n w stanie ustalonym przy włączonym zasilaniu regulatora, zaś w trzecim etapie wylicza się wartość rezystancji termicznej regulatora przy wykorzystaniu opracowanego wzoru. 2. Układ do pomiaru rezystancji termicznej scalonych regulatorów zasilaczy impulsowych zawierających oscylator ze złączem p-n, znamienny tym, że wyjście oscylatora usytuowanego w badanym regulatorze (4), jest połączone ze źródłem prądu pomiarowego (6) i woltomierzem (5), a wejście zasilające regulatora (4) jest połączone ze źródłem napięcia zasilającego (1) przez amperomierz (3) i wyłącznik (2).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do pomiaru rezystancji termicznej scalonych regulatorów zasilaczy impulsowych, mające zastosowanie przy kontroli jakości układów w przemyśle elektronicznym.

Znana jest z amerykańskiego opisu patentowego US nr 5.027.064 „Metoda pomiaru temperatury pracy przyrządów półprzewodnikowych za pomocą obserwacji ich charakterystyk częstotliwościowych”. Metoda ta umożliwia wyznaczanie temperatury aktywnego obszaru elementu półprzewodnikowego, pracującego w zakresie wysokich częstotliwości, np. hybrydowych układów mikrofalowych, zawierających tranzystory polowe z arsenku galu. Układ do realizacji tej metody składa się z generatora sygnałowego, detektora, układu polaryzacji, układu próbkująco-pamiętającego i układu ekspozycji. Badany element pracuje w obszarze aktywnym, wymuszonym przez układ polaryzacji. Sygnał zmienny o znanej amplitudzie i częstotliwości podawany jest z generatora sygnałowego na wejście badanego elementu. Do wyjścia badanego elementu podłączony jest detektor, na którego wyjściu napięcie proporcjonalne jest do amplitudy napięcia na wejściu badanego elementu. Sygnał ten mierzony jest po przejściu przez układ próbkująco-pamiętający, a wynik wyświetlany jest przez układ ekspozycji.

Niedogodnością znanej metody i układu jest skomplikowana struktura i niebezpieczeństwo wzbudzania się układu pomiarowego.

Znana jest z amerykańskiego opisu patentowego US nr 6.092.927 „Detekcja temperatury półprzewodnikowych elementów mocy umieszczonych we wspólnej obudowie z analogowymi układami scalonymi.

Znana metoda polega na tym, że za pomocą układu zawierającego źródła prądowe i napięciowe, w elemencie mocy wydzielana jest moc o stałej wartości. Wartość temperatury wnętrza tego elementu wyznaczana jest pośrednio, przy wykorzystaniu w charakterze parametru termoczułego wzmocnienia wzmacniacza umieszczonego we wspólnej obudowie lub na wspólnym radiatorze z badanym elementem mocy.

Niedogodnością znanej metody jest niedokładne określenie wartości temperatury wnętrza elementu mocy, wynikające z istnienia skończonej i nieznanej wartości rezystancji termicznej między strukturą tego elementu a wspólną podkładką molibdenową lub radiatorem, którego temperatura wpływa na wartość parametru termoczułego. Metoda ta może mieć zastosowanie jedynie w układach zabezpieczenia temperaturowego elementu mocy.

Znana jest z amerykańskiego opisu patentowego US nr 5.302.022 „Metoda pomiaru rezystancji termicznej materiałów półprzewodnikowych i obudów”. W znanej metodzie podłoże układu scalonego, zawierającego złącza p-n, umieszczone jest wewnątrz badanej obudowy wraz z warstwą zawierającą elementy grzejne. Prąd przepływający przez elementy grzejne nagrzewa badane podłoże, a zmiany jego temperatury są rejestrowane przez czujniki diodowe.

Niedogodnością znanej metody jest możliwość pomiaru rezystancji termicznej wyłącznie dla struktur testowych.

Znana jest z amerykańskiego opisu patentowego US nr 5.927.853 „Metoda pomiaru impedancji termicznej obudowanych elementów półprzewodnikowych. W znanej metodzie badany element półprzewodnikowy umieszczany jest w płynie dielektrycznym o dużej wartości współczynnika przejmowania ciepła i pobudzany ciągiem impulsów prostokątnych mocy o zmiennym czasie trwania. Na końcu każdego impulsu mierzona jest wartość wybranego parametru termoczułego.

Niedogodnością znanej metody jest ograniczenie zakresu jej słuszności tylko do wyznaczenia rezystancji termicznej między złączem a obudową oraz znaczny stopień komplikacji aparatury pomiarowej niezbędnej przy realizacji tej metody.

Znany jest z japońskiego opisu patentowego JP nr 06.088.852 „Przyrząd półprzewodnikowy do pomiaru rezystancji termicznej”. Struktura półprzewodnikowego tego elementu zawiera źródło ciepła oraz matrycę rezystorowych czujników temperatury.

Niedogodnością znanego rozwiązania jest ograniczenie zakresu jego zastosowania wyłącznie do badania skuteczności odprowadzania ciepła z różnych obudów przyrządów półprzewodnikowych.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL nr 173.831 „Układ do pomiaru przejściowej impedancji termicznej tranzystora bipolarnego”, w którym emiter tranzystora pracującego w układzie wspólnej bazy jest połączony z wyjściem źródła małego prądu oraz z wyjściem źródła prądu grzejnego poprzez przełącznik, który jest sterowany sygnałem cyfrowym. Tranzystor umieszczony jest w termostacie, a kolektor badanego tranzystora jest połączony z wyjściem źródła napięciowego.

PL 194 602 B1

Niedogodnością znanego układu jest zastosowanie go do pomiarów tranzystora bipolarnego.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL nr 187.668 „Sposób i układ do pomiaru rezystancji termicznej inteligentnego unipolarnego obwodu scalonego mocy”. Znany sposób pomiaru obejmuje trzy etapy: kalibrację charakterystyki termometrycznej, pobudzenie badanego układu scalonego falą prostokątną mocy oraz wyznaczenie wartości rezystancji termicznej ze wzoru analitycznego.

Znany układ pomiarowy zawiera źródła prądu pomiarowego i grzejnego, dwa przełączniki, wzmacniacz pomiarowy, przetwornik A/C oraz komputer. W czasie realizacji pomiaru, na wejście sterujące badanego układu scalonego podawane są odpowiednie sygnały cyfrowe, których sekwencja jest zależna od typu badanego układu scalonego.

Niedogodnością znanego rozwiązania jest ograniczenie zakresu stosowalności znanej metody do układów scalonych SMART-POWER.

Znane są z polskiego opisu patentowego nr 191 944 „Sposób i układ do pomiaru rezystancji termicznej elementów półprzewodnikowych zawierających złącze p-n”. W znanym sposobie pomiar wykonywany jest w trzech etapach. Pierwszy etap obejmuje pomiary współrzędnych czterech punktów leżących na izotermicznych charakterystykach spolaryzowanego w kierunku przewodzenia złącza p-n, zawartego w badanym elemencie, drugi etap polega na pomiarze współrzędnych jednego punktu na nie izotermicznej charakterystyce tego złącza, zaś w trzecim etapie obliczana jest wartość rezystancji termicznej przy wykorzystaniu znanego wzoru.

Znany układ pomiarowy zawiera badany układ scalony, wzmacniacz pomiarowy, przełącznik, źródło prądu pomiarowego i grzejnego, przetwornik A/C oraz komputer.

Niedogodnością znanej metody jest skomplikowana procedura pomiarowa oraz konieczność pracy badanego układu scalonego w nietypowych dla niego warunkach zasilania.

Istotą wynalazku jest sposób pomiaru rezystancji termicznej scalonych regulatorów zasilaczy impulsowych zawierających oscylator ze złączem p-n, w której wykorzystuje się napięcie na złączu, spolaryzowanym w kierunku przewodzenia, jako parametr termoczuły przy pomiarze wieloetapowym, charakteryzujący się tym, że w pierwszym etapie mierzy się napięcie na złączu p-n, przy ustalonej wartości prądu pomiarowego i w ustalonej temperaturze otoczenia przy wyłączonym zasilaniu regulatora. W drugim etapie mierzy się napięcie na złączu p-n w stanie ustalonym przy włączonym zasilaniu regulatora. W trzecim etapie wylicza się wartość rezystancji termicznej regulatora przy wykorzystaniu opracowanego wzoru.

Korzystnym skutkiem zastosowania sposobu według wynalazku jest możliwość wykonania pomiaru rezystancji termicznej rozważanej klasy układów scalonych przy prostej procedurze pomiarowej, nieskomplikowanej aparaturze pomiarowej, bez potrzeby czasochłonnej kalibracji charakterystyki termometrycznej.

Istotą wynalazku jest układ do pomiaru rezystancji termicznej scalonych regulatorów zasilaczy impulsowych zawierających oscylator ze złączem p-n, charakteryzujący się tym, że wyjście oscylatora usytuowanego w badanym regulatorze jest połączone ze źródłem prądu pomiarowego i woltomierzem, a wejście zasilające regulatora jest połączone ze źródłem napięcia zasilającego przez amperomierz i wyłącznik.

Korzystnym skutkiem zastosowania układu według wynalazku jest możliwość pomiaru rezystancji termicznej scalonych regulatorów zasilaczy impulsowych.

Przedmiot, wynalazku wyjaśnia przykład wykonania sposobu pomiaru rezystancji termicznej 1%, scalonego regulatora zasilacza impulsowego. Sposób ten obejmuje trzy etapy: pomiar napięcia U1 na spolaryzowanym w kierunku przewodzenia złączu p-n zawartym w bloku oscylatora przy odłączonym zasilania badanego regulatora i w ustalonej temperaturze otoczenia T_a. W drugim etapie mierzy się w stanie ustalonym, przy włączonym zasilaniu regulatora, napięcie złączu p-n oraz napięcie i prąd zasilania regulatora w tej samej temperaturze otoczenia. W trzecim etapie wylicza się wartość rezystancji termicznej przy użyciu opracowanego wzoru.

W czasie pomiaru przez spolaryzowane w kierunku przewodzenia złącze p-n zawarte w oscylatorze badanego regulatora płynie prąd pomiarowy ze źródła prądowego Im. Wartość tego prądu jest co najmniej dziesięciokrotnie większa od prądu zerowego złącza p-n i co najmniej dziesięciokrotnie mniejsza od prądu zasilania regulatora, stosowanego w drugim etapie pomiaru.

W trakcie trwania drugiego etapu pomiaru należy ustawić wybraną wartość napięcia zasilania regulatora U_cc, zmierzyć wartość prądu zasilania Ia oraz obserwować wartość napięcia na wyprowadzeniu oscylatora. Gdy napięcie to w ciągu minuty nie zmieni się bardziej niż o 1 mV, to znaczy że

PL 194 602 B1 w regulatorze panuje stan ustalony i należy odczytać wartość U2 tego napięcia. Wartość rezystancji termicznej Rt_h, należy wyliczyć ze wzoru th

Tj-Ta

Ucc ' 'a

U -U2 Ta

Ucc ·Ια U-Ugo-2 -h -T_a gdzie h jest ilorazem stałej Boltzmanna przez ładunek elektronu, natomiast Ugo - napięciem odpowiadającym szerokości przerwy energetycznej krzemu.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunku, przedstawiającym schemat blokowy układu do pomiaru rezystancji termicznej.

Układ ten składa się z badanego regulatora 4, zawierającego oscylator ze złączem p-n, którego katoda jest uziemiona, a anoda połączona z woltomierzem 5 i źródłem prądu pomiarowego 6. Wyprowadzenie zasilania badanego regulatora 4 połączone jest z amperomierzem 3. Przełącznik 2 łączy lub rozłącza amperomierz 3 ze źródłem zasilania 1. Źródło prądu pomiarowego 6 polaryzuje w kierunku przewodzenia złącze p-n zawarte w oscylatorze badanego regulatora 4 i wymusza przepływ prądu o małej i ustalonej wartości Im przez to złącze. Napięcie na tym złączu mierzone jest przez woltomierz 5. W pierwszym etapie pomiaru przełącznik 2 jest rozwarty, a w drugim etapie zwarty. Przy zwartym przełączniku 2, przez badany regulator 4 płynie prąd ze źródła napięcia zasilania 1, a jego wartość jest mierzona przez amperomierz 3.

W czasie trwania obu etapów pomiaru rezystancji termicznej należy zapewnić stałą wartość temperatury otoczenia Ta za pomocą termostatu.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób pomiaru rezystancji termicznej scalonych regulatorów zasilaczy impulsowych zawierających oscylator ze złączem p-n, w której wykorzystuje się napięcie na tym złączu, spolaryzowanym w kierunku przewodzenia, jako parametr termoczuły przy pomiarze wieloetapowym, znamienny tym, że w pierwszym etapie mierzy się napięcie na złączu p-n przy ustalonej wartości prądu pomiarowego i w ustalonej temperaturze otoczenia przy wyłączonym zasilaniu regulatora, w drugim etapie mierzy się napięcie na złączu p-n w stanie ustalonym przy włączonym zasilaniu regulatora, zaś w trzecim etapie wylicza się wartość rezystancji termicznej regulatora przy wykorzystaniu opracowanego wzoru.

2. Układ do pomiaru rezystancji termicznej scalonych regulatorów zasilaczy impulsowych zawierających oscylator ze złączem p-n, znamienny tym, że wyjście oscylatora usytuowanego w badanym regulatorze (4), jest połączone ze źródłem prądu pomiarowego (6) i woltomierzem (5), a wejście zasilające regulatora (4) jest połączone ze źródłem napięcia zasilającego (1) przez amperomierz (3) i wyłącznik (2).

Rysunek