Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2019, № 7 · RADIO ELECTRONICS RELATED PROBLEMS

Measurement of cross thermal resistance of power modules

V.I. Smirnov1,2, V.A. Sergeev1,2, A.A. Gavrikov1,2, A.M. Shorin3,4

1 Ulyanovsk Branch of Kotelnikov IRE RAS, Ulianovsk, Russia
2 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
3 Ульяновский государственный технический университет, Ulianovsk, Russia
4 Ulyanovsk State Technical University, Ulyanovsk, Russia
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2019.7.6 UDC 681.518.3 EDN HJAJTP

Abstract

The paper describes the results of measuring cross coupling characteristics of power MOSFET-modules. Measurements are based on the method using device under test heating by harmonically varying power and measuring the temperature response to such impact. Measurements were performed by Apparatus for Measurement of Thermal Impedance which allows to heat each transistor of power module and to measure the temperature response of other transistors. Measuring thermal impedance matrix components was done by analysis of the thermal impedance on modulation frequency dependence. This method can be used not only for MOSFET- or IGBT-transistors but also for hybrid integrated circuits and PCBs.

  • тепловое сопротивление
  • матрица тепловых импедансов
  • силовые модули
  • модуляционный метод
  • thermal resistance
  • thermal impedance matrix
  • power modules
  • modulation method
Аннотация (на русском)

Измерение перекрестных тепловых сопротивлений силовых модулей

Представлены результаты измерения перекрестных тепловых сопротивлений (связей) силовых модулей на MOSFET-транзисторах. В основу измерений положен метод, использующий воздействие на объект измерения тепловой мощности, модулированной по гармоническому закону, и измерении температурного отклика объекта на такое воздействие. Измерения проводились с помощью измерителя теплового сопротивления, который позволяет нагревать индивидуально каждый транзистор силового модуля и измерять при этом температурный отклик остальных транзисторов. Определение компонент матрицы тепловых импедансов объекта осуществлялось на основе анализа зависимости теплового импеданса от частоты модуляции греющей мощности. Данный метод может быть использован не только для силовых модулей на MOSFET- или IGBT-транзисторах, но также и для гибридных микросхем или печатных плат.

For citation

Smirnov V.I., Sergeev V.A., Gavrikov A.A., Shorin A.M. Measurement of cross thermal resistance of power modules // Journal of Radio Electronics. – 2019. – No. 7. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.7.6

References

  1. Аронов В.Л., Федотов Я.А. Исследование и испытание полупроводниковых приборов. М.: Высшая школа, 1975. 325 с.
  2. Вяхирев В. Измерение тепловых характеристик полупроводниковых электронных компонентов // Технологии в электронной промышленности. 2013.- №3. С. 90-92.
  3. T. Brückner, S. Bernet. Estimation and Measurement of Junction Temperatures in a Three-Level Voltage Source Converter // IEEE Transactions on Power Electronics. 2007. Vol. 22. P. 3-12.
  4. O. Steffens, P. Szabo, M. Lenz, G. Farkas. Thermal transient characterization methodology for single-die and stacked structures // 21st IEEE SEMI-THERM Symposium. 2005. P. 1065-2221.
  5. J.N. Davidson, D.A. Stone, M.P. Foster, D.T. Gladwin. Measurement and Characterization Technique for Real-Time Die Temperature Prediction of MOSFET-Based Power Electronics // IEEE Transactions on Power Electronics. 2016.- Vol. 31. P. 4378-4388.
  6. J.N. Davidson, D.A. Stone, M.P. Foster. Real-time prediction of power electronic device temperatures using PRBS-generated frequency-domain thermal cross-coupling characteristics // IEEE Transactions on Power Electronics. 2015. Vol. 30. P. 2950-2961.
  7. L. Wei, R.J. Kerkman, R.A. Lukaszewski, B.P. Brown, N. Gollhardt, B.W. Weiss // Junction Temperature Prediction of a Multiple-chip IGBT Module under DC Condition. 41st IAS Annual Meeting. 2006. P. 754-762.
  8. Смирнов В.И., Гавриков А.А., Шорин А.М. Метод измерения компонент теплового сопротивления полупроводниковых приборов и его практическая реализация // Автоматизация процессов управления. 2017. № 2 (48). С. 98-105.
  9. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 3-х томах. Том 1. М.: Мир. 1993. 413 с.
  10. Смирнов В.И., Сергеев В.А., Гавриков А.А., Шорин А.М. Измерения теплового импеданса мощных транзисторов // Радиотехника. 2017. № 6. С. 83-90.