适用于顶部散热GaN器件的热测量开关损耗电路及方法

技术领域

本发明属于半导体开关技术领域，具体涉及一种适用于顶部散热GaN器件的热测量开关损耗电路及方法。

背景技术

目前，对于变换器高功率密度、高效率的需求越来越迫切，提高功率密度的手段之一是提高开关频率，进而减小输出电容、电感的体积。由于Si基器件的性能随着技术的发展已经达到理论极限，开关速度不足以支撑变换器的高频开关需求，而第三代半导体GaN器件则具有更快的开关频率、更低的导通电阻和更高的击穿电压，因此在功率变换器领域中得到了广泛应用。然而，如何精确评估GaN器件的开关损耗仍是本领域技术人员亟待解决的问题。

相关技术中，主要利用双脉冲电路来评估GaN器件的开关损耗，但是双脉冲电路更适用于开关速度低、对寄生参数不敏感的Si基器件，研究表明利用双脉冲电路测试碳化硅和氮化镓器件的开关损耗时，误差高达40％。

另外，相关技术中还存在一种热测试方法，热测试方法适用于TO220封装的碳化硅器件，而氮化镓器件为了减少寄生参数多采用贴片封装，这种热测试方法不适用于氮化镓器件。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种适用于顶部散热GaN器件的热测量开关损耗电路及方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供一种适用于顶部散热GaN器件的热测量开关损耗电路，包括电压源V

待测氮化镓器件T

在本发明的一个实施例中，辅助氮化镓器件T

在本发明的一个实施例中，还包括陶瓷基板；

所述电压源V

在本发明的一个实施例中，辅助氮化镓器件T

在本发明的一个实施例中，所述热阻材料为塑料。

在本发明的一个实施例中，所述待测氮化镓器件T

在本发明的一个实施例中，所述印刷电路板包括三个预设区域，每个预设区域包括多个通孔；

其中，所述三个预设区域分别与所述辅助氮化镓器件T

在本发明的一个实施例中，所述印刷电路板与所述辅助氮化镓器件T

第二方面，本发明提供一种适用于顶部散热GaN器件的热测量开关损耗方法，应用于第一方面所述的适用于顶部散热GaN器件的热测量开关损耗电路，包括：

将所述热测量开关损耗电路中的陶瓷基板固定于热法测试装置的铜散热器上之后，开通所述热测量开关损耗电路；其中，所述热法测试装置包括送风模块、以及与所述送风模块的出风口连接的腔体，所述铜散热器位于所述腔体的表面；

待所述热测量开关损耗电路达到热稳定状态后，测量位于所述铜散热器靠近所述送风模块一侧的第一测试点的温度T

根据第一测试点的温度T

在本发明的一个实施例中，根据第一测试点的温度T

计算第二测试点的温度T

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供一种适用于顶部散热GaN器件的热测量开关损耗电路及方法，对于顶部散热的待测氮化镓器件T

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是相关技术中双脉冲测试电路的示意图；

图2是本发明实施例提供的适用于顶部散热GaN器件的热测量开关损耗电路的示意图；

图3是本发明实施例提供的陶瓷基板位置关系的一种示意图；

图4是本发明实施例提供的陶瓷基板位置关系的另一种示意图；

图5a是本发明实施例提供的待测氮化镓器件与辅助氮化镓器件的一种PCB布局图；

图5b是本发明实施例提供的待测氮化镓器件与辅助氮化镓器件的另一种PCB布局图；

图6是本发明实施例提供的适用于顶部散热GaN器件的热测量开关损耗方法的流程图；

图7是本发明实施例提供的热法测试装置的一种结构示意图；

图8是本发明实施例提供的适用于顶部散热GaN器件的热测量开关损耗电路的整体温度场分布图；

图9a是本发明实施例提供的印刷电路板第一表面的温度场分布图；

图9b是本发明实施例提供的印刷电路板第二表面的温度场分布图；

图10是本发明实施例提供的陶瓷基板的温度场分布图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

图1是相关技术中双脉冲测试电路的示意图。具体地，如图1所示，在利用双脉冲测试电路评估开关损耗时，需要给待测管子S

由于第二次开通时，续流侧元件S

有鉴于此，本发明提供一种适用于顶部散热GaN器件的热测量开关损耗电路及方法。

图2是本发明实施例提供的适用于顶部散热GaN器件的热测量开关损耗电路的示意图。如图2所示，本发明实施例提供一种适用于顶部散热GaN器件的热测量开关损耗电路，包括电压源V

待测氮化镓器件T

具体而言，本实施例采用图2所示的全桥拓扑进行测试，待测氮化镓器件T

应当理解，待测氮化镓器件T

图3是本发明实施例提供的陶瓷基板位置关系的一种示意图。如图3所示，在上述热测量开关损耗电路中，辅助氮化镓器件T

图4是本发明实施例提供的陶瓷基板位置关系的另一种示意图，图5a-5b是本发明实施例提供的待测氮化镓器件与辅助氮化镓器件的PCB布局图。如图3-5b所示，上述适用于顶部散热GaN器件的热测量开关损耗电路还包括陶瓷基板；

电压源V

进一步地，请继续参见图5a，印刷电路板包括三个预设区域，每个预设区域包括多个通孔；

其中，三个预设区域分别与辅助氮化镓器件T

可选地，印刷电路板与辅助氮化镓器件T

具体而言，电压源V

一般来说，氮化镓器件在封装时会将氮化镓裸芯的散热全部集中在封装的面上，即散热面，因此本实施例在印刷电路板与辅助氮化镓器件T

可选地，印刷电路板与辅助氮化镓器件T

进一步地，辅助氮化镓器件T

具体而言，考虑到陶瓷基板的导热系数较高、很容易吸收氮化镓器件的热量，因此本实施例在三个辅助氮化镓器件的顶部包裹热阻材料，使辅助氮化镓器件的热量无法导入陶瓷基板，加之待测氮化镓器件T

当然，在本申请的一些其他实施例中，也可以选择其他高热阻材料，本申请对此不作限定。

另外，在上述适用于顶部散热GaN器件的热测量开关损耗电路中，待测氮化镓器件T

图6是本发明实施例提供的适用于顶部散热GaN器件的热测量开关损耗方法的流程图，图7是本发明实施例提供的热法测试装置的一种结构示意图。如图6-7所示，本发明实施例还提供一种适用于顶部散热GaN器件的热测量开关损耗方法，应用于上述适用于顶部散热GaN器件的热测量开关损耗电路，包括：

S1、将热测量开关损耗电路中的陶瓷基板固定于热法测试装置的铜散热器上之后，开通热测量开关损耗电路；其中，热法测试装置包括送风模块、以及与送风模块的出风口连接的腔体，铜散热器位于腔体的表面；

S2、待热测量开关损耗电路达到热稳定状态后，测量位于铜散热器靠近送风模块一侧的第一测试点的温度T

S3、根据第一测试点的温度T

如图7所示，热法测试装置包括送风模块和腔体，腔体与送风模块的出风口连接，并且腔体外表面设有一铜散热器。请继续参见图2，将陶瓷基板固定在铜散热器上，然后开通热测量开关损耗电路，热测量开关损耗电路包含t1工作阶段、t2工作阶段、t3工作阶段和t4工作阶段；其中，在t1工作阶段，待测氮化镓器件T

可选地，在该电路经过多个t1～t4的工作周期后，电路会达到热稳定状态，上述工作过程中待测氮化镓器件T

步骤S3中，根据第一测试点的温度T

计算第二测试点的温度T

下面，通过仿真实验对本发明提供的适用于顶部散热GaN器件的热测量开关损耗电路及方法做进一步说明。

具体而言，本实施例对适用于顶部散热GaN器件的热测量开关损耗电路进行仿真。图8是本发明实施例提供的适用于顶部散热GaN器件的热测量开关损耗电路的整体温度场分布图，如图8所示，印刷电路板顶部的陶瓷基板导热非常快，其温度较低，可以将被测管子绝大部分的热量从顶部导入热法测量装置。图9a是本发明实施例提供的印刷电路板第一表面的温度场分布图，图9b是本发明实施例提供的印刷电路板第二表面的温度场分布图，如图9a-9b所示，底部散热的辅助氮化镓器件的热量绝大部分被提取到了印刷电路板的第二表面，同时顶部散热的待测氮化镓器件底部则很少有热量通过印刷电路板，几乎全部热量通过顶部散出。图10是本发明实施例提供的陶瓷基板的温度场分布图，由图10可知，辅助氮化镓器件的顶部温度本接近常温，也就是说，几乎没有热量从顶部散出，这大大提高了顶部散热的待测氮化镓器件的热损耗测量精度。

通过上述各实施例可知，本发明的有益效果在于：

本发明提供一种适用于顶部散热GaN器件的热测量开关损耗电路及方法，对于顶部散热的待测氮化镓器件T

在本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。