[发明专利]一种测量工作状态下的绝缘栅型场效应晶体管结温的方法和装置

权利要求书

1.一种检测工作状态下的MOSFET器件结温的方法，装置包括以下部分：

被测MOSFET器件放置在可调温的恒温平台上；被测MOSFET器件的漏源两端接外部电源，被测MOSFET器件的栅极接到测试信号附加电路的输出端；

FPGA链路分成两部分，一部分为测试信号的产生，该部分与测试信号附加电路的一个输入端连接，另一部分是指示信号的接收，其与漏源电压监测电路的输出端连接；

测试信号附加电路输入端有两个，其中一个连接至调幅电路的输出，调幅电路由一个可调电阻与一个固定电阻组成，实现测试信号的大小调节，而调幅电路的输入与FPGA的测试信号的产生端口连接；测试信号附加电路的另一输入端连接栅极驱动电路的输出，栅极驱动电路的输入连接至用于设置栅极开启电压的外部电源，不加测试信号时，测试信号附加电路的输出信号即为栅极开启电压，若加上测试信号，则测试信号附加电路的输出变为在工作下的开启电压基准上叠加一个测试电压信号；

漏源电压监测电路，其输入端接被测MOSFET器件漏极，此电路的输出端连接FPGA指示信号接收口；

利用FPGA内部设置的计时器，计算测试信号产生时刻和指示信号接收时刻之间的时间差，该时间差称为延迟时间，通过串口通信将该延迟时间传给计算机；

其特征在于，步骤如下：

1）将被测MOSFET器件放置在可调温的恒温平台上，被测MOSFET器件的栅、源、漏极各自连接好导线，设置恒温平台的温度为T_c1；

2）通过外部电源设置被测MOSFET器件工作的漏源恒定电压值和电流值，同时在FPGA内设置测试信号脉宽，调节调幅电路内的可变电阻，设定所需的测试信号大小；

3）调节栅极驱动电路的开启电压大小，使得被测MOSFET器件在所设定的电压电流值下开始导通工作，记录下工作时的漏源电压值V₁和漏源电流值I₁；

4）根据实际的漏源电压值V₁，设定漏源电压监测电路的监测值；

5）通过给FPGA发送指令，使其发送一个测试信号，同时FPGA内部计时器模块开始记录一个起始点值A₁；等待测试信号引起的漏源电压变化超过监测值时，漏源电压监测电路发出指示信号，FPGA接收指示信号，同时其内部计时器模块记录下这个结束点值A₂；

6）FPGA内部计时器模块继续计算结束点值与起始点值之差，即N=A₂-A₁；同时根据FPGA内部时钟频率得到时钟周期△t，即可得到总的时间差△T=N*△t，称为延迟时间，将该延迟时间传给计算机；

7）重复步骤5）、步骤6）多次计算同一温度下的延迟时间，并对这些延迟时间取平均得到平均延迟时间t_avg；

8）改变恒温平台温度，重复步骤3）到步骤7）的操作，得到该温度点下的平均延迟时间；其中需要注意的是通过调整栅极驱动电路的开启电压，确保改变温度后，被测MOSFET器件的源漏工作电压及电流和原来值即V₁，I₁大小一致；

9）重复步骤8），得到多个不同温度下对应的不同的平均延迟时间；

10）由于信号经过各个电路模块会额外产生延迟，所以在移除被测MOSFET器件后，利用前述步骤再测试一遍，便能得到电路固有延迟时间t_crt；需要注意的是，由于没有被测MOSFET器件，所以漏源电压监测电路的监测值需要改变，设定测试信号附加电路输出直接作为监测值；

11）将平均延迟时间扣除电路固有延迟时间，就是被测MOSFET器件延迟时间t_dut=t_avg-t_crt；同时，平台温度仅是被测MOSFET器件壳温T_c1，还需要利用热阻仪或是被测MOSFET器件手册得到被测MOSFET器件结壳热阻R_th，根据结壳温度T_jc=R_th*P= R_th*V*I，可求出在这一工作条件即漏源电压V₁和漏源电流I₁下的被测MOSFET器件结温T_{j1_1}=T_c1+T_{jc1_1}；之后，在同一工作条件即漏源电压V₁和漏源电流I₁下，改变恒温平台温度，得到相应的被测MOSFET器件结温；

12）改变工作条件即设定不同的漏源电压V和漏源电流I，重复步骤1）至11），可以得到另外一组结温；做相关图表，得出不同工作功率下的不同结温T_j对应的不同被测MOSFET器件延迟时间曲线t_dut，利用曲线得到温度系数；

13）、将被测MOSFET器件栅、源、漏极连接导线，设定工作电压和电流值；之后，让被测MOSFET器件顺利开启工作，当工作状态下的漏源两端的电压、电流达到设定值大小，且不再跳变时，设定好漏源电压监测电路的监测值；

14）、执行FPGA内的测试程序，给被测MOSFET器件栅极一个附加的测试信号，等待漏源电压监测电路发出指示信号，直到被FPGA接收到，自动将单次的延迟时间△T传给计算机；需要注意的是测试信号的脉宽和大小应与步骤2）的设置是一致的；

15）、重复步骤14）若干次，求出平均延迟时间；

16）、在撤除被测MOSFET器件的条件下，按照步骤10）的方法测试出电路固有延迟时间，并结合步骤15）中的平均延迟时间，计算出被测MOSFET器件延迟时间；

17）、根据步骤13）中所设定的电压、电流值，计算出被测MOSFET器件的工作功率，利用步骤12）所作出的图表，找到对应工作功率下的曲线及其温度系数，计算出该工作条件下的被测MOSFET器件结温。