功率组件的电源循环期间，用光纤测量温度摇摆

出处：网络整理发布于：2025-03-06 16:50:10

　　测试板已用于进行直流和交流电源循环测试，而光纤获得的连接温度可以帮助评估操作过程中的热应力，表明正在测试的设备（DUT）的健康状况，并构建了相关的寿命模型。
　　可靠性问题

　　功率半导体组件的可靠性问题在许多应用中都高度强调，例如可再生能源和牵引力。需要更多关于设备预期寿命的知识，[1]。对于设计师，要选择用于实现特定任务配置文件的适当功率模块，相关的可靠性调查对于早期开发阶段是必要的。对于设备制造商而言，对功率半导体组件的生命周期和故障模式有深刻的了解可以帮助评估和改进包装材料和设计方面[2] - [6]。

　　寿命预测方法通常由两类组成。个是基于失败物理（POF）寿命模型的，由于缺乏有关功率模块材料和几何形状的详细信息，该模型受到限制。另一个是分析模型，雨水计数方法的许多使用，所有使用都需要实验性的功率循环测试[7] - [9]。
　　功率半导体设备中的功率循环测试会产生重复的热机械应力，这将带来累积的疲劳并加速设备的衰老直至生命的尽头。

　　（a）与芯片WTO测量温度接触的光纤安装方案。图片使用了 Bodo的电力系统（b）电源模块上安装了带有光纤的DUT适配器PCB。

　　图1。光纤安装。图片使用了 Bodo的电力系统在其他故障指标中，连接温度是集中的。电源循环测试中关键的瓶颈之一是，在DC电源循环过程中，VCE可以通过（VDS，ON）得出连接温度，因为可以使用休假时间来注入监视电流并以这种方式测量在低电流的状态电压，即，以这种方式产生诸如Bond-Wire-bond-wire-decradation的效果，例如bong-wire decradipation，negligiple，negligiple，negligible。但是，在现代交流电源循环的情况下，这是不可能的，因为注入测量电流需要额外的电路能够从电路上断开IGBT / MOSFET的连接，从而引入了测量伪像，例如散落的电感和电阻[4]。

　直到近，OPSENSE解决方案提出了一种创新的光纤传感技术，该解决方案可以在电源循环测试期间进行在线连接温度测量。

在本文中，解释了使用光纤在DC和AC功率循环测试下测量连接温度的细节，还伴随着实验结果和结论。

　　纤维原理
　　光纤传感器OTG-PM的实现[10]使进行交流电源循环测试时可以直接在线连接温度测量方法。使用光纤传感器进行连接温度测量的详细信息如下所述。
　　图1描述了使用隔离光纤以实时测量一个650V -20A IGBT模块的连接温度的方式。在功率模块的塑料外壳的顶部进行一个切口，以使传感器能够伸向芯片表面。这对于保持包装的绝缘属性确保转换器可以在额定功率，电压和正常工作条件下运行至关重要，温度测量可能具有挑战性。以一种微型传感器头受到刚性陶瓷管的保护，它可以轻松穿孔，OTG-PM传感器可以与芯片表面保持联系，而无需去除硅胶凝胶。在使传感器穿过凝胶之前，在纤维支架的帮助下介绍了传感器，并且确定目标区域位于活性区域的两条粘结线之间[11]。
　　除了易于安装在凝胶填充的功率模块上，传感器的快速响应时间功能（少数MS），宽的工作温度范围（-40°C-250°C），对EM和RF干扰的免疫力，所有这些都使其非常适合在电动循环测试中适用于坐骨内温度测量。
　　（L）6个单位，19英寸工业架阵列，具有详细的配置。

　　（R）开发的测试工作台的三维机械布局。

　　图2。奥尔堡大学AAU Energy的电源自行车设置。图片使用了 Bodo的电力系统研究

　　图2中所示的测试设置旨在对几种样品和不同条件（包括各种连接温度波动）进行动力循环测试。如图3所示，两个3相转换器背靠背连接以循环功率。负载转换器用于以通缉振幅和相位通过电感器调节电流。

　　图3。电源循环设置的示意图。图片使用了 Bodo的电力系统DUT转换器周围的大空间可为光纤支架放置。 DC和功率循环测试均可在此设置上进行，实验测试结果如下所示：
　　A. DC电源循环
　　DC功率循环以20 a，2 s开/关时间的负载电流进行；电流在功率模块的两个阶段之间通勤。在图4中报道了状态电压和栅极电压测量结果以及TJ与时间的图。
　　B.交流电源循环

　　AC功率循环在400 V DC-LINK电压下进行，其AC峰值电流为20 A（基本频率为0.25 Hz）。相应的连接温度测量结果如图5所示，温度波动为80°C。