PL197351B1 - Sposób i układ do pomiaru rezystancji termicznej scalonych regulatorów PWM - Google Patents

Abstract

1. Sposób pomiaru rezystancji termicznej scalonych regulatorów PWM, realizowany pośrednio, w trzech etapach, znamienny tym, że parametrem termoczułym jest czas trwania impulsu tw na wyjściu sterownika, a w pierwszym etapie pomiaru mierzy się zależność czasu tw od temperatury Ta regulowanej za pomocą termostatu, przy czym w czasie pomiaru napięcie zasilające ma przebieg opisany uskokiem Heaviside'a a czas tw mierzony jest po upływie 1 ms od chwili włączenia zasilania, w drugim etapie regulator PWM zasilany jest stałym napięciem USUP, a po uzyskaniu stanu ustalonego mierzona jest wartość prądu zasilania ISUP badanego regulatora PWM oraz czas trwania impulsu tw0, w trzecim etapie wylicza się wartość rezystancji termicznej Rth, jako iloraz nadwyżki temperatury wnętrza elementu Tj ponad temperaturę otoczenia przez iloczyn napięcia zasilającego USUP oraz prądu zasilania ISUP, gdzie Tj jest wartością temperatury, odpowiadającą na charakterystyce termometrycznej tw(Ta), czasowi trwania impulsu tw0, wyznaczonemu w drugim etapie pomiaru. 2. Układ do pomiaru rezystancji termicznej scalonych regulatorów PWM zawierający źródło napięcia zasilania, badany regulator PWM, amperomierz, woltomierz, termostat, oscyloskop cyfrowy, znamienny tym, że zasilacz napięciowy (1) połączony jest przez amperomierz (2) z wejściem zasilającym regulatora (3) oraz z woltomierzem (4), regulator (3) wraz z elementami jego układu aplikacyjnego...

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (²¹) Numer zgłoszenia: ^{351013 51} )Int.Cl.

G01R 31/26 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 03.12.2001 (54) Sposób i układ dopomiaru rezystancji termicznejscalonych i^egula^oi^ć^wF^WM

	(73) Uprawniony z patentu:
	Akademia Morska w Gdyni,Gdynia,PL
(43) Zgłoszenie ogłoszono:
16.06.2003 BUP 12/03	(72) Twórca(y) wynalazku:
	Krzysztof Górecki,Klonowo,PL Janusz Zarębski,Gdańsk,PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
31.03.2008 WUP 03/08	(74) Pełnomocnik:
	Radoman Zofia, Akademia Morska

(57) 1. Sposób pomiaru rezystancji termicznej scalonych regulatorów PWM, realizowany pośrednio, w trzech etapach, znamienny tym, że parametrem termoczułym jest czas trwania impulsu tw na wyjściu sterownika, a w pierwszym etapie pomiaru mierzy się zależność czasu tw od temperatury Ta regulowanej za pomocą termostatu, przy czym w czasie pomiaru napięcie zasilające ma przebieg opisany uskokiem Heaviside'a a czas tw mierzony jest po upływie 1 ms od chwili włączenia zasilania, w drugim etapie regulator PWM zasilany jest stałym napięciem Usup, a po uzyskaniu stanu ustalonego mierzona jest wartość prądu zasilania Isup badanego regulatora PWM oraz czas trwania impulsu two, w trzecim etapie wylicza się wartość rezystancji termicznej Rth, jako iloraz nadwyżki temperatury wnętrza elementu Tj ponad temperaturę otoczenia przez iloczyn napięcia zasilającego Usup oraz prądu zasilania Isup, gdzie Tj jest wartością temperatury, odpowiadającą na charakterystyce termometrycznej tw(Ta), czasowi trwania impulsu two, wyznaczonemu w drugim etapie pomiaru.

2. Układ do pomiaru rezystancji termicznej scalonych regulatorów PWM zawierający źródło napięcia zasilania, badany regulator PWM, amperomierz, woltomierz, termostat, oscyloskop cyfrowy, znamienny tym, że zasilacz napięciowy (1) połączony jest przez amperomierz (2) z wejściem zasilającym regulatora (3) oraz z woltomierzem (4), regulator (3) wraz z elementami jego układu aplikacyjnego...

PL 197 351 B1

Opis wynalazku

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

Znane są z opisu patentowego US nr 4.713.612 „Metoda i urządzenie do wyznaczania rezystancji termicznej złącze-obudowa hybrydowych układów scalonych. W metodzie tej wykorzystuje się złącze p-n zawarte w tym układzie w charakterze elementu termoczułego, a obudowa ma ustaloną temperaturę dzięki umieszczeniu badanego układu na dużym radiatorze. Realizacja metody wymaga pomiaru napięcia na złączu p-n spolaryzowanym w kierunku przewodzenia przy dwóch wartościach mocy wydzielanej w hybrydowym układzie scalonym i wykonania obliczeń według znanego wzoru. Układ pomiarowy zawiera badany hybrydowy układ scalony, multimetry cyfrowe oraz źródło zasilania.

Niedogodnością znanej metody jest konieczność stosowania nietypowej polaryzacji badanego układu w trakcie trwania pomiaru oraz ograniczenie zakresu stosowalności metody tylko do hybrydowych układów scalonych.

Znana jest z 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 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 tylko dla struktur testowych.

Znana jest z 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 wyznaczanie wartości rezystancji termicznej tylko między złączem a obudową oraz znaczny stopień komplikacji aparatury pomiarowej niezbędnej przy realizacji tej metody.

Znana jest z 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 stosowana jest jedynie w układach zabezpieczenia temperaturowego elementu mocy.

PL 197 351 B1

Znane są z opisu patentowego JP nr 8.285.925 „Metoda i urządzenie do testowania półprzewodnikowych układów scalonych. Urządzenie to zawiera badany układ scalony i układ odniesienia. Układy te są pobudzane sygnałami cyfrowymi, sygnałami PWM i sygnałami telewizyjnymi. W oparciu o przebiegi czasowe sygnałów zmierzonych oscyloskopem na zaciskach obu układów scalonych, urządzenie informuje, czy badany układ scalony nie jest uszkodzony.

Niedogodnością znanej metody jest brak możliwości pomiaru rezystancji termicznej badanego układu.

Znany jest z 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 prostokątnego 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 scaIonego.

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

Znane są z opisu patentowego PL 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 nieizotermicznej 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 i czasochłonna procedura pomiarowa oraz konieczność pracy badanego układu scalonego w nietypowych dla niego warunkach zasilania.

Znane są z opisu patentowego PL nr 194.602 „Sposób i układ do pomiaru rezystancji termicznej scalonych regulatorów zasilaczy impulsowych. Znany sposób obejmuje trzy etapy: pomiar napięcia na spolaryzowanym w kierunku przewodzenia złączu p-n zawartym w bloku oscylatora przy odłączonym zasilaniu badanego regulatora i w ustalonej temperaturze otoczenia. W drugim etapie mierzy się w stanie ustalonym, przy włączonym zasilaniu regulatora, napięcie na tym samym złączu oraz napięcie i prąd zasilania regulatora w tej samej temperaturze otoczenia. W trzecim etapie wylicza się wartość rezystancji termicznej przy użyciu znanego wzoru.

Znany układ składa się z badanego regulatora, zawierającego oscylator ze złączem p-n, którego katoda jest uziemiona, a anoda połączona z woltomierzem i źródłem prądu pomiarowego. Wyprowadzenie zasilania regulatora połączone jest z amperomierzem. Przełącznik łączy lub rozłącza amperomierz ze źródłem zasilania. Źródło prądu pomiarowego polaryzuje w kierunku przewodzenia złącze p-n zawarte w oscylatorze badanego regulatora. Napięcie na tym złączu mierzone jest przez woltomierz.

Niedogodnością znanej metody jest konieczność przełączania układu zasilania badanego regulatora, co utrudnia jego badania w typowym układzie aplikacyjnym.

Istotą wynalazku jest sposób, w którym parametrem termoczułym jest czas trwania impulsu na wyjściu sterownika. W pierwszym etapie pomiaru mierzy się zależność tego czasu od temperatury regulowanej za pomocą termostatu. W czasie tego pomiaru napięcie zasilające regulator PWM ma przebieg opisany uskokiem Heaviside'a, czas trwania impulsu jest mierzony po upływie 1 ms od chwili załączenia zasilania. W drugim etapie regulator PWM zasilany jest stałym napięciem Usup, a po uzyskaniu stanu ustalonego mierzona jest wartość prądu zasilania badanego regulatora oraz czas trwania impulsu tw. W trzecim etapie wylicza się wartość rezystancji termicznej R_th jako iloraz nadwyżki temperatury wnętrza elementu Tj ponad temperaturę otoczenia przez iloczyn napięcia zasilającego Usup oraz prądu zasilania Isup, gdzie Tj jest wartością temperatury, odpowiadającą na charakterystyce termometrycznej tw(T_a), czasowi trwania impulsu tw, wyznaczonemu w drugim etapie pomiaru.

Korzystnym skutkiem zastosowania sposobu według wynalazku jest możliwość wyznaczenia wartości rezystancji termicznej Rth regulatora PWM w typowych warunkach jego polaryzacji.

PL 197 351 B1

Istotą wynalazku jest układ, w którym zasilacz napięciowy połączony jest przez amperomierz z wejściem zasilającym regulatora oraz z woltomierzem. Regulator usytuowany jest w termostacie i pracuje w katalogowym układzie testowym, a wejście oscyloskopu cyfrowego podłączone jest do wyjścia regulatora.

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

Przedmiot wynalazku wyjaśnia przykład wykonania sposobu pomiaru rezystancji termicznej R_w scalonego regulatora PWM. Sposób ten obejmuje trzy etapy: pomiar charakterystyki termometrycznej, to znaczy zależności czasu trwania impulsu t_w na wyjściu scalonego regulatora PWM od temperatury otoczenia. W drugim etapie mierzy się w stanie ustalonym wartość napięcia zasilania regulatora Usup, prądu zasilania Isup oraz czasu trwania impulsu tw. W etapie trzecim wylicza się wartość rezystancji termicznej na podstawie opracowanego wzoru. W czasie pomiaru charakterystyki termometrycznej najpierw należy ustawić żądaną wartość temperatury otoczenia za pomocą termostatu, następnie włączyć zasilanie badanego regulatora i zmierzyć czas tw za pomocą oscyloskopu cyfrowego po upływie około 1 ms od chwili włączenia zasilania, gdyż po tym czasie zanikają elektryczne stany przejściowe w badanym układzie, a temperatura wnętrza regulatora PWM nie zdąży wzrosnąć na skutek samonagrzewania. Pomiary czasu tw należy wykonać co najmniej w pięciu temperaturach, obejmujących cały dopuszczalny zakres temperatur pracy badanego regulatora PWM.

W trakcie trwania drugiego etapu pomiaru należy ustawić wybraną wartość napięcia zasilania Usup i obserwować na oscyloskopie wartość czasu tw. Gdy ten czas w ciągu minuty nie zmieni się bardziej niż o 1%, to znaczy, że w regulatorze panuje stan ustalony. Wówczas należy odczytać wartość tw0 tego czasu w stanie ustalonym oraz prąciu zasilania Isup. Wartość rezystancji termicznej należy wyliczyć ze wzoru

Rth Tj - T_a ^usup -sup przy czym wartość Tj temperatury wnętrza regulatora PWM należy odczytać z wyznaczonej w pierwszym etapie pomiaru zależności tw(T_a) dla czasu two.

przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunku, przedstawiającym schemat blokowy układu do pomiaru rezystancji termicznej scalonego regulatora pWM.

układ ten składa się z zasilacza napięciowego 1, którego dodatni zacisk połączony jest przez amperomierz 2 z wejściom zasilającym badanego regulatora 3, pracującego w katalogowym układzie testowym 7 i z woltomierzem 4. Wyjście badanego regulatora pWM 3 połączone jest z wejściem oscyloskopu cyfrowego 5. stałą wartość temperatury otoczenia w czasie pomiaru zapewnia termostat 6. Z badanym regulatorem pWM 3 połączone są elementy układu aplikacyjnego 7.

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. sposób pomiaru rezystancji termicznej scalonych regulatorów pWM, realizowany pośrednio, w trzech etapach, znamienny tym, że parametrem termoczułym jest czas trwania impulsu tw na wyjściu sterownika, a w pierwszym etapie pomiaru mierzy się zależność czasu tw od temperatury T_a regulowanej za pomocą termostatu, przy czym w czasie pomiaru napięcie zasilające ma przebieg opisany uskokiem Heaviside'a a czas tw mierzony jest po upływie 1 ms od chwili włączenia zasilania, w drugim etapie regulator pWM zasilany jest stałym napięciem usup, a po uzyskaniu stanu ustalonego mierzona jest wartość prądu zasilania Isup badanego regulatora pWM oraz czas trwania impulsu two, w trzecim etapie wylicza się wartość rezystancji termicznej Rth, jako iloraz nadwyżki temperatury wnętrza elementu Tj ponad temperaturę otoczenia przez iloczyn napięcia zasilającego usup oraz prądu zasilania Isup, gdzie Tj jest wartością temperatury, odpowiadającą na charakterystyce termometrycznej tw(T_a), czasowi trwania impulsu two, wyznaczonemu w drugim etapie pomiaru.

2. układ do pomiaru rezystancji termicznej scalonych regulatorów pWM zawierający źródło napięcia zasilania, badany regulator pWM, amperomierz, woltomierz, termostat, oscyloskop cyfrowy, znamienny tym, że zasilacz napięciowy (1) połączony jest przez amperomierz (2) z wejściem zasilającym regulatora (3) oraz z woltomierzem (4), regulator (3) wraz z elementami jego układu aplikacyjnego (7) usytuowany jest w termostacie (6) i pracuje w katalogowym układzie testowym, a wejście oscyloskopu cyfrowego (5) podłączone jest do wyjścia regulatora (3).