功率二极管结温在线测量及算法研究

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1、中文图书分类号：TN315密级：公开UDC：621.38学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：功率二极管结温在线测量及算法研究论文作者：苏雅学科：电子科学与技术指导教师：郭春生副教授论文提交日期：2017年5月UDC：621.38学校代码：10005中文图书分类号：TN307学号：S201402013密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：功率二极管结温在线测量及算法研究英文题目：ON-LINEMEASUREMENTANDALGORITHMOFJUNCTIONTEMPERATURE

2、OFPOWERDIODE论文作者：苏雅学科专业：电子科学与技术研究方向：新型微电子器件与可靠性申请学位：工学硕士指导教师：郭春生副教授所在单位：信息学部微电子学院答辩日期：2017年5月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

3、签名：苏雅日期：2016年04月24日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：苏雅日期：2016年04月24日导师签名：郭春生日期：2016年04月24日摘要摘要随着功率半导体器件不断地发展，其在不同领域得到了越来越广泛的应用。随着器件上功率密度的不断增加，结温引起的器件可靠性降低、寿命缩短等问题愈发严重。因此，准确测量器件

4、结温对于研究器件热特性，提高器件可靠性具有重要意义。关于器件结温的测量方法，目前主要有物理法、光学法及电学法，其中电学法分为开关法和非开关法。关于非开关法中的大电流测结温法，目前还存在如下问题：一、缺少成熟可用的测量结温的设备。二、测温时，针对通过电压-电流数据获取结温的过程，尚没有确定的算法。三、由于噪声的存在和方法自身的限制，测量结果存在误差。因此，本文针对功率二极管结温实时测量的问题展开了研究，研究、设计并开发了一款在线实时测量结温在线结温测量仪；并使用Biharmonic算法解决通过电压-电流数据获取结温的问题；使用Ka

5、lman滤波算法对测温结果中误差进行了修正。通过对某型号器件进行测量，验证了在线结温测量仪和算法的可行性并且对结果进行了讨论。具体内容包括以下几点：一、讨论了大电流测结温法的原理、在实际应用中存在的问题，包括大电流带来的自升温、数据点的处理等，并提出了相应的解决方法。在上述基础上讨论了在线结温测量仪的原理，实际制造的可行性，最后提出了在线结温测量仪的设计方案。二、针对在线结温测量仪设计方案中的相关指标，提出了硬件总体设计方案，并展开分别讨论了脉冲功率板、数据采集卡、控制板和通讯板的设计及制作。三、在硬件设计的基础上，讨论了脉冲功

6、率板软件的设计，包括片上系统和上位机系统。其中片上系统部分实现了简单流水线，并设计了控制系统指令集，并通过仿真进行了验证；上位机系统基于VisualStudio2013环境，使用C++编写，并介绍了软件中主要的类的结构。四、针对通过电压-电流获取温度的问题，本文提出了使用Biharmonic算法解决该问题，同时介绍了Biharmonic算法的基本原理，并与其它插值算法的性能进行了对比。针对测量误差，本文提出了使用Kalman滤波算法减小误差，并介绍了Kalman滤波算法的基本原理，并对其性能进行了仿真和验证。五、在上述工作基础上

7、，组装并完成了在线结温测量仪，对在线结温测量仪I北京工业大学工学硕士学位论文的性能进行了验证。并针对某型号二极管进行了测量，验证了Biharmonic算法的可行性，验证了测量结果的准确性，最后讨论了Kalman滤波算法的效果和意义。关键词：功率二极管；结温；脉冲测量；在线测量IIAbstractAbstractWiththecontinuousdevelopmentofpowersemiconductordevices,ithasbeenwidelyusedindifferentfields.Thedeclineofreliab

8、ilityofdeviceandtheshortageoflifetimebecomemoreseriousbecauseofhighjunctiontemperature.Accuratemeasurementofjunctiontemperatureofde