二极管热电阻的测量方法

北二桥头

由于现代电路设计要求越来越高，电路设计工程师对每一个元器件的温度，功率都提出了新的要求，在这种情况下，结合测试工作，我们发现越来越多的二极管生产企业对产品的热电阻的测量
提出了要求。
  二极管的热阻抗与普通意义上的电阻不同，它用来表示二极管在温度升高的条件下功率耗散的情况。从对企业的调查和了解可以发现，大多数企业对于这一参数并不是十分了解，专用的测量仪
2 S' _1 K- I7 e0 a- K. H. i器比较昂贵而且数量稀少，只有少数台资厂从台湾专门购置了设备用于该参数的测量，从而使得产品的参数在面对客户时有了更强的竞争力，这一点也促使其竞争对手对于二极管热电阻的测量有了
5 k4 }. Y( H  n+ w更强的需求。
( h' F8 c/ J7 a  通过对标准的研究可以发现，二极管热电阻的测量原理并不困难，本文结合安全实验室的现有设备，阐述了在目前情况下测量二极管热电阻的方法，经过与企业的仪器进行比对，测量精度，准
确度的误差在 3%以内，基本可以满足企业对该参数测量的需求。

   参数定义

  θ：二极管热电阻。它表示了二极管在当前的封装模式和散热条件下散发热量的能力，同时，它也给二极管运行的安全功率等级提供了参考。通常的商业用技术规格书中，会给出二极管的一般参数，但是对于电路设计人员来说，热电阻这个参数是必不可少的。二极管热电阻表示了功率耗散和温度间的关系，其计算公式为：

  θ=(Tjunction-Texternal)/Pdiss (1)，

  其中，Tjunction 为结温，Texternal 为环境温度，Pdiss 为耗散功率。

  测量方法

  由公式（1）可以看出，对于热电阻的计算，有以下几个变量需要测量，一个是二极管的温度，其中又包括结温和环境温度；一个是二极管的耗散功率。对于二极管来说，Pdiss 即为二极管的电压以及对应的通过二极管的电流的乘积。而结温是指二极管的 PN 结的温度，由于工艺关系，成品的二极管都已经完成了封装，在不破坏二极管的条件下，这个参数对于我们来说难以直接测量，必须通过其他的间接方法进行。

  经过试验可以发现，二极管的结温与其导通电压是呈线性关系的，其比值可以用 K 来表示。由于无法直接测量到二极管内部温度，在实际测试中，只能通过改变环境温度，用环境温度的变化来模拟结温的变化情况。试验中，将二极管置于高温箱中，进行较长时间（长于 1 小时）的预处理，使二极管的温度尽可能的与外界环境温度达到均衡，然后直接在高温箱内对其在不同温度下的导通电压进行测量。经过选取等多个温度点下对于导通电压的测量，可以得出结论，二极管的导通电压与与温度呈反比关系,如图 1 所示。

  则表示结温与电压的参数 K 可以近似的表示为

  K=|(V2-V1)/(T2-T1)| (2),应当注意，测量应尽可能的精确，以达到绘制出平滑的 K 值曲线的目的。

   在绘制完成二极管的 K 参数后，就完成了电压与温度之间的比值的测量，接下来就可以对耗散功率进行测量。相关的测试电路示意图如图 2 所示。

   如图所示， VF 是用来测量二极管工作时两端电压的仪器，IH 和 I M 表示测量所需要的两套恒流源，需要在测试前调试完成。其中， I M 为测量电流，其电流值的选取通常为二极管的一般工作电流，在试验中通常小于 0.5A, I H 为加热电流，一般而言，该电流大小可以有 0.75A,1.0A 等多种选择，由二极管的参数以及客户要求决定。在完成对两套恒流源的设置后，将其按照图 2 进行连接。

  测量时，首先在二极管两端提供测量恒流 IM,并测量此时二极管两端的导通电压并记为 VFi；之后，迅速将恒流替换为加热恒流 IH,待电压稳定后，记录电压为 VH;第三步，将 IH 迅速替换为 IM,并记录电压 VFf。

  试验过程中，大致的电流与电压的时序，幅度关系如图 3，图 4 所示。

   经过测量，可以发现 VFi，VFf 并不是同一数值，这时由于经过 IH 的加热，结温在电流转换的一瞬间仍然保持着较高的水平，通过电压的变化，在根据已经绘制出的曲线，可以达到我们间接测量结温的目的。经过计算，可以得到电压的插值ΔVF。再将ΔVF代入公式（2），得出ΔT,将 VH 与 I H 相乘，即可得到 Pdiss 的值。

  再将上述结果代入公式（1），即可得到二极管的热电阻。

  四、测量误差

  通过多次的试验以及与工厂专用测量仪器的比对，发现在以下的几个方面的测量对测量结果的有较大的影响。

  1. K 曲线的绘制，这一步可以说直接关系到整个测量的准确性，为了提高正确率，在进行温度处理时，应将预处理时间延长，使二极管的温度与环境温度保持一致。另外，绘制曲线时对同一型号同一批次的二极管进行多次测量，对比 K 值，可以得到较满意的结果。

  2. IH 和 I M 的使用，要尽可能保证 2 套恒流源之间的切换能够快速完成，尤其是 IH 向 I M 切换的过程中，时间越短，则结温的测量越准确。在试验中，选取一个单刀双掷开关就可以基本满足需求。

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IC老和尚

这一点也促使其竞争对手对于二极管热电阻的测量有了