DE1105528B - Measurement method and measurement arrangement for determining the junction temperature of a pn rectifier - Google Patents
Measurement method and measurement arrangement for determining the junction temperature of a pn rectifierInfo
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Description
Meßverfahren und Meßanordnung zur Bestimmung der Sperrschichttemperatur eines pn-Gleichrichters Die: Erfindung bezieht sich auf ein Meßverfahren zur Bestimmung der Sperrschichttemperatur eines pn-Gleichrichters, insbesondere mit einem halbleitenden Körper aus Germanium oder Silizium, bei dem die Sperrschichttemperatur aus der Temperaturabhängigkeit der Flußkennlinie ermittelt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine nach diesem Meßverfahren arbeitende Schaltanordnung.Measuring method and measuring arrangement for determining the junction temperature of a pn rectifier The invention relates to a measuring method for determination the junction temperature of a pn rectifier, especially with a semiconducting one Body made of germanium or silicon, in which the junction temperature from the temperature dependence the flow characteristic is determined. The invention also relates to one according to this Switching arrangement working with measuring method.
Bei der technischen Entwicklung von Halbleiterbaudementen spielen thermische Gesichtspunkte eine wichtige Rolle. Zum Beispiel bestimmt d;ie zulässige Sperrschichttemperatur eines pn-Gleichrichters weitgehend die maximale gleichzurichtende Leistung. Die genaue Kenntnis der Sperrschichttemperatur ermöglicht konstruktive Maßnahmen zur Wärmeabfuhr und damit zur Erhöhung der Gleichriditerleistung. Weiterhin kann eine Beziehung zwischen Sperrschichttemperatur und maximal zulässigen Stromspitzen ermittelt werden, was für den praktischen. Gebrauch von pn-Gleichrichtern von Wichtigkeit ist. Play in the technical development of semiconductor components thermal aspects play an important role. For example, determines the permissible The junction temperature of a pn rectifier is largely the maximum that can be rectified Power. The exact knowledge of the junction temperature enables constructive Measures to dissipate heat and thus to increase the equestrian power. Farther can be a relationship between junction temperature and maximum allowable current peaks determine what is practical. Use of pn rectifiers is important is.
Nun sind im allgemeinen die verschiedenen thermisch interessierenden Stellen eines Gleichrichters, z. B. seines Gehäuses und der Kühlvorrichtung, einer direkten Temperaturmessung mit Thermoelementen zugänglich. Lediglich die Sperrschichttemperatur läßt sich nicht direlct, z. B. mit einem Thermoelement messen, da erstens dieses selbst zu viel Wärme entzieht und so die Messung verfälscht und zweitens das Thermoelement nicht genügend genau an die pn-Zone justiert werden kann. Daher müssen zur Bestimmung der Sperrschichttemperatur indirekte Methoden verwendet werden. Now, in general, there are the various thermally interesting ones Providing a rectifier, e.g. B. its housing and the cooling device, one direct temperature measurement with thermocouples accessible. Just the junction temperature can not be direlct, z. B. measure with a thermocouple, because first this itself removes too much heat and thus falsifies the measurement and, secondly, the thermocouple cannot be adjusted to the pn zone with sufficient accuracy. Therefore need to determine the junction temperature indirect methods can be used.
Es ist bekannt, die Temperaturabhängigkeit des Sperrstromes für eine Meßmethode zur Bestimmung der Sperrschichttemperatur zu verwenden. Dieses Verfahren wird bei Germanium mit Erfolg angewandt und beruht darauf, daß die auftretenden Sperrströme im. wesentlichen durch die thermisch erzeugten Elektron - Defektelektron - Paare verursacht werden, deren Anzahl exponentiell mit der Temperatur steigt. It is known the temperature dependence of the reverse current for a To use measuring method to determine the junction temperature. This method is used with germanium with success and is based on the fact that the occurring Reverse currents in. essentially by the thermally generated electron - defect electron - Pairs are caused, the number of which increases exponentially with temperature.
Bei dem bekannten Verfahren wird an das einen pn-Übergang enthaltende Halbleiterbauelement eine konstanze Vorspannung in Sperrichtung angelegt und in einer Meßreihe bei Beheizung des Halbleiters in einem Thermostaten eine Beziehung zwischen der Temperatur des Bauelementes und dem gemessenen Sperrstrom gewonnen. Dieses Verfahren ist gut reproduzierbar und läßt eine zwar individuelle, aber brauchbare Eichung zu, so daß rückwärts durch Messung des Sperrstromes auf die Temperatur geschlossen werden kann.In the known method, the one containing a pn junction is used Semiconductor device applied a constant bias in the reverse direction and in a series of measurements when the semiconductor is heated in a thermostat obtained between the temperature of the component and the measured reverse current. This method is easily reproducible and, although it is individual, can be used Calibration closed so that the temperature can be deduced backwards by measuring the reverse current can be.
Im Gegensatz zum Germanium-pn-Gleichrichter ist die Temperaturabhängiglieit des Sperrstromes bei Silizium-pn-Gleichrichtern kein zuverlässiges Maß für die Sperrschichttemperatur. Dies beruht darauf, daß der mit der Temperatur streng exponentiell ansteigende Anteil des Sperrstromes der größeren Bandlücke im Termschema wegen sehr klein und von verschiedenen wenig reproduzierbaren Effekten überlagert ist. Es wird angenommen, daß der Sperrstrom bei Silizium weitgehend ein Oberflächenstrom ist und sich stark durch von der Gasatmosphäre erzeugte Oberflächen-Inversionsrandschichten verändert. In contrast to the germanium pn rectifier, it is temperature dependent of the reverse current in silicon pn rectifiers is not a reliable measure for the junction temperature. This is based on the fact that the proportion which increases strictly exponentially with temperature of the reverse current of the larger band gap in the term scheme is very small and different little reproducible effects is superimposed. It is assumed that the reverse current In the case of silicon, it is largely a surface current and is strongly influenced by the gas atmosphere generated surface inversion boundary layers changed.
Es ist daher bekanntgeworden, bei Silizium-pn-Gleichrichtern die Sperrschichttemperatur aus der Temperaturabhängigkeit der Flußkennlinie zu ermitteln. Der Fluß strom ist im wesentlichen ein Vóíumenstrom, so daß sich kaum ein Einfluß derGasatmosphäre ergibt. Bei dem bekannten Verfahren wird über einen hohen Vorwiderstand im Meßkreis der Silizium-pn-Gleichrichter mit konstantem Strom gespeist und die Sperrschichttemperatur aus der Temperaturabhängigkeit des Spannungsabfalls am Gleichrichter bestimmt. Die Beziehung zwischen Temperatur und Spannungs abfall ist in erster Näherung linear. It has therefore become known that in silicon pn rectifiers the To determine the junction temperature from the temperature dependence of the flow characteristic. The river flow is essentially a volume flow, so that there is hardly any influence the gas atmosphere results. In the known method, a high series resistance is used fed with constant current in the measuring circuit of the silicon pn rectifier and the Junction temperature from the temperature dependence of the voltage drop across the rectifier certainly. The relationship between temperature and voltage drop is a first approximation linear.
Das bekannte Verfahren weist aber den Nachteil auf, daß nur dann mit einer zufriedenstellenden Meßgenauigkeit bei der Sperrschichttemperaturbestimmung zu rechnen ist, wenn der Fluß st rom wesentlich größer ist als der Sättigungsrückstrom des pn-Gleichrichter. Da der Sättigungsstrom von Germanium-pn-Gleichrichtern im allgemeinen wesentlich größer als der von Silizium-pn-Gleichrichtern. ist und man daher zur Befriedigung der vorgenannten Bedingung einen hohen Flußstrom wählen mußte, kann die bekannte Methode nicht zur Bestimmung der Sperrschichttemperatur bei Germanium-pn-Gleichrichtern herangezogen werden. The known method has the disadvantage that only then with a satisfactory measurement accuracy in the junction temperature determination is to be expected when the flux current is significantly greater than the saturation return current of the pn rectifier. Since the saturation current of germanium pn rectifiers is in generally much larger than that of silicon pn rectifiers. is and man therefore a high flow current to satisfy the aforementioned condition had to choose, the known method cannot be used to determine the junction temperature can be used for germanium pn rectifiers.
Es war daher Aufgabe der Erfindung, ein Meßverfahren für die Sperrschichttemperatur zu finden, das gut reproduzierbar ist und gestattet, allgemein bei pn-Gleichnchteru auf elektrischem Wege die Temperatur mit hinreichender Meßgenauigkeit zu bestimmen. It was therefore an object of the invention to provide a measuring method for the junction temperature to be found, which is easily reproducible and allows, in general with pn equality to determine the temperature by electrical means with sufficient accuracy.
Das A loverfahren gemäß der Erfindung benutzt eben talls die Temperaturabhängigkeit der Flußkennlinie und besteht darin, daß der pn-Gleichrichter mit konstanter Flußvorspannung gespeist und die Sperrschichttemperatur aus der vorher isotherm gemessenen Tempr-raturabhängigl<eit des Flußstromes ermittelt wird. Bei einem untersuchten Gleichrichter, der mit lsonstanter Flußvorspannung von etwa 0,4 Volt gespeist und in einem genügend niederohmigen Meßkreis betrieben wurde, variierte der Durchlaßstrom zwischen 10-j Amp. bei 200 C Sperrschichttemperatur sud 10- Amp. bei 1200 C. Die Beziehung zwischen Temperatur und Strom verläuft hierbei exponentiell. The A lo method according to the invention also uses the temperature dependence the flux characteristic and consists in that the pn rectifier with constant forward bias and the junction temperature from the previously isothermally measured temperature-dependent value of the flow current is determined. In the case of an investigated rectifier, the one with lsonstanter Forward bias of about 0.4 volts fed and in a sufficiently low-resistance measuring circuit was operated, the forward current varied between 10-j Amp. at 200 C junction temperature sud 10- Amp. at 1200 C. The relationship between temperature and current runs here exponentially.
Fig. 1 zeigt in einem Diagramm die Temperaturabhängigkeit des Flußstromes bei kleinen Flußvorbpannungen. Das Diagramm läßt deutlich erkennen, daß die Durchlaßkurven für verschiedene Temperaturen in Richtung fallender Vorspannung auffächern. Fig. 1 shows in a diagram the temperature dependence of the flow current with small river biases. The diagram clearly shows that the transmission curves fan out for different temperatures in the direction of decreasing prestress.
I)aher ist es zweckmäßig, im Gebiet kleiner Vorspan nungen zu arbeiten, um hier die stärkere Temperatur abhängigkeit des Flußstromes auszunutzen. Für die Bestimmung der Sperrschichttemperatur bei Silizium pn-Gleichrichtern hat sich der Flußspannungsbereich zwischen 0,2 und 0,6 Volt als am günstigsten erwiesen; denn es konnte festgestellt werden, daß ab 0,2 Volt Flußspannung der Einfluß der Atmosphäre zu veruachlässigen ist und bei Spannungen über 0,6 Volt eine starke Änderung des Flußstromes infolge Einschwemmung von beweglichen Ladungsträgern eintritt. Ferner wurde festgestellt, daß für die lzeitimmung der Sperrschichttemperatur bei Germanium-pn-Gleichrichtern der Flußspannungsbereich zwischen 0,05 und 0,2 Volt am günstigsten ist.I) it is therefore advisable to work in the area of low preloads, in order to take advantage of the greater temperature dependence of the river flow here. For the Determination of the junction temperature in silicon pn rectifiers has become the Forward voltage range between 0.2 and 0.6 volts proven to be most favorable; because it was found that from a forward voltage of 0.2 volts the influence of the atmosphere is negligible and at voltages above 0.6 volts a strong change in the Flux current occurs as a result of the flooding of movable charge carriers. Further it was found that for the timing of the junction temperature in germanium pn rectifiers the forward voltage range between 0.05 and 0.2 volts is most favorable.
Wegen der relativ kleinen NIeströme bei kleinen Vorspannungen bleibt auch die Verfälschung der Temperatur infolge der durch den Meßvorgang im Kristall umgesetzten Verlustleistung genügend klein. Das Verfahren gemäß der Erfindung stellt zwar hohe Anforderungen an die Konstanz der Vorspannung, aller man kann dafür mit einer sehr guten Meßgenauigkeit bei der Sperrschichttemperaturhestimmung rechnen; denn die Leitfähigkeitsverliältnisse sind im wesentlichen durch die Vorgänge in der Feldzone des pn-2befgangs bestimmt, so daß bei den kleinen Nileßströmen der P,ahmviderstand eine untergeordnete Rolle spielt. So erscheint es als gesichert, daß die nach diesem Verfahren gewonnene Meßgröße der Temperatur derjenigen in einem engen Gebiet um die Sperrschicht herum entspricht. Because of the relatively small currents, the bias voltage remains low also the falsification of the temperature as a result of the measuring process in the crystal converted power loss sufficiently small. The method according to the invention provides Although there are high demands on the constancy of the preload, everyone can use it expect a very good measurement accuracy when determining the junction temperature; because the conductivity ratios are essentially due to the processes in of the field zone of the pn-2befgangs, so that with the small Nileß currents the P, ahmviderstand plays a subordinate role. So it seems certain that the measured variable obtained by this method of the temperature of those in a narrow area around the barrier.
An Hand der in das Diagramm eingezeichneten Arbeitsgeraden 1 für das bekannte Meßverfahren und der Arbeitsgeraden 2 für das vorliegende Meßverfahren wird deutlich, daß bei diesem mit einer wesentlich höheren LIeßempfindlichkeit zu rechnen ist. Erfolgt die Speisung des untersuchten Silizium-pn-Gleichri chters nach dem bekannten Verfahren mit einem konstanten Strom von etwa 10-2 Amp., so beträgt der Spannungsabfall bei 200 C Sperrschichttemperatur etwa 0,5 Volt und bei 120G C 0,27 Volt. Using the working line 1 drawn in the diagram for the known measuring method and the working line 2 for the present measuring method it becomes clear that with this one with a much higher sensitivity to read is to count. If the examined silicon pn rectifier is fed after the known method with a constant current of about 10-2 Amp., is the voltage drop at 200 C junction temperature is about 0.5 volts and at 120G C 0.27 volts.
Das Verhältnis der Spannungsabfälle als Maß für die Melempfindlichkeit beträgt etwa 2 :1. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung variiert der Durchlaßstrom zwischen 10-5 Amp. bei 200 C und 10-3 Amp. bei 1200 C, wenn an das gleiche Meßobjekt eine konstante Spannung von etwa 0,4 Volt gelegt wird; das Verhältnis der Durchlaßströme ist demnach 1:100, was einer wesentlich höheren Meßempfindlichkeit entspricht.The ratio of the voltage drops as a measure of the sensitivity to detection is about 2: 1. In the method according to the invention the forward flow varies between 10-5 amps at 200 C and 10-3 amps at 1200 C when connected to the same test object a constant voltage of about 0.4 volts is applied; the ratio of the forward currents is therefore 1: 100, which corresponds to a significantly higher measurement sensitivity.
Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung beschäftigt sich mit einer Meßanordnung zu dem zuletzt genannten Meßverfahren, die unter anderem die Bestimmung der maximalen Sperrscliichttemperatur, die Untersuchung der Temperaturverhältnisse bei verschiedenen BetrieFbsarten, insbesondere bei Stoßbelastung und Gleichrichtung von Spannungen bei extremen Formfaktoren des Stromes, und die Temperaturmessung in jedem Zeitpunkt der Belastuiigsperiode, insbesondere auch die Bestimmung des Temperaturveflaufes während der gesamten Sperrhalbwelle, ermöglicht. An expedient development of the invention deals with a measuring arrangement for the last-mentioned measuring method, which, among other things, the Determination of the maximum blocking light temperature, the investigation of the temperature conditions in different types of operation, especially with shock loading and rectification of voltages with extreme form factors of the current, and temperature measurement at every point in time of the exposure period, in particular also the determination of the Temperaturveflaufes during the entire blocking half-wave, allows.
Der zeitliche Temperaturverlauf im Halbleiterkristall wird erstens durch die Zeitfunktion der Verlustleistung und zweitens durch die thermische Zeitkonstante bestimmt, die durch die Wärmekapazität von Gleichrichtergehäuse und Kühlvorrichtung und deren thermischen Leitungswiderstand gegeben ist. Firstly, the temperature profile in the semiconductor crystal over time by the time function of the power loss and, secondly, by the thermal time constant determined by the heat capacity of the rectifier housing and cooling device and their thermal resistance is given.
Die Wärmequellen sind jedoch nicht homogen über das gesamte Halbleitervolumen verteilt, sondern vor allem in dem engen Gebiet der pn-Zone lokalisiert.However, the heat sources are not homogeneous over the entire semiconductor volume distributed, but mainly localized in the narrow area of the pn zone.
Zwischen diesem Quellgebiet und dem äußeren Zeitkonstantenglied mit seiner im allgemeinen großen Zeitkonstante befindet sich der größte Teil des Halbleitervolumens. Berücksichtigt man, daß in den zur Zeit technisch verwendeten Halbleiterbauelementen Kristalle mit einem Volumen von etwa 1 bis 100 mm:3 Anwendung finden, so ergibt sich für den Kristall eine außerordentlich kleine Wärmekapazität und damit eine entsprechend kleine thermische Zeitkonstante.Between this source area and the outer time constant term with Most of the semiconductor volume is located in its generally large time constant. If one takes into account that in the currently technically used semiconductor components Crystals with a volume of about 1 to 100 mm: 3 are used, so results an extraordinarily small heat capacity for the crystal and thus a correspondingly small thermal time constant.
Diese ist maßgebend für die Temperaturverteilung und ihren zeitlichen Verlauf im Kristall. So ist es verständlich, daß der Momentanwert der Sperrschichttemperatur deren Mittellvert erheblich überschreitet und daß im Kristall ein beachtlicher zeitabhängiger Temperaturgradient auftreten muß. Durch den Um stand, daß die speziellen Gleichrichtereigenschaften in hohem Maße von der Maximaltemperatur an der Sperrschicht abhängen, ist die Untersuchung der Temperaturverhältnisse bei verschiedenen Betriehsarten von Bedeutung.This is decisive for the temperature distribution and its temporal Course in the crystal. So it is understandable that the instantaneous value of the junction temperature the mean value of which exceeds considerably and that in the crystal a considerable time-dependent one Temperature gradient must occur. Due to the fact that the special rectifier properties depend to a large extent on the maximum temperature at the barrier layer is the investigation the temperature conditions are important for different types of operation.
Bei periodischer Flußbdastung eines pn-Gleichrichters mit beliebigem zeitlichem Stromverlauf wird gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfin dung vorgeschlagen, an dem beanspruchten Halbleiter eine oszillographische Temperaturmessung unter Verwendung eines period'ischen, synchron in die Sptrrlücke getasteten Meßspannungsimpulses vorzunehmen. With periodic flux loading of a pn rectifier with any Current course over time is according to an expedient development of the invention proposed an oscillographic temperature measurement on the claimed semiconductor using a periodic, synchronously scanned measurement voltage pulse into the gap to undertake.
Grundsätzlich besteht diese Meßmöglichkeit auch im Falle nicht selbständig lückenden Stromverlaufes bei entsprechendem Aufwand an Schaltmitteln.In principle, this measurement option also does not exist independently discontinuous current curve with a corresponding expenditure on switching means.
Da Halbleitergleichrichter ihre Hauptanwendung in der Gleichrichtung technischen Wechselstromes finden, wird der nun beschriebenen Sießanordnung demzufolge diese Betriebsart zugrunde gelegt. Die Untersuchungen wurden an einem Siliziumgleich richter mit einer Typenleistung von 1 Amp. Richtstrom in Einwegschaltung bei sinusförmiger Eingangsspannung durchgeführt. Mit Hilfe des zuletzt genannten Meßverfahrens wurde die Abkühlung der Sperrschicht während der Sperrhalbwdle nach vorausgegangener Flußbelastung verfolgt und die mittlere Sperrschichttemperatur ermittelt. Because semiconductor rectifiers their main application is in rectification Find technical alternating current, the now described sieving arrangement will accordingly based on this operating mode. The investigations were carried out on a silicon match rectifier with a type output of 1 amp. Directional current in one-way circuit with sinusoidal Input voltage carried out. With the help of the last-mentioned measuring method the cooling of the barrier layer during the barrier half-coil according to the previous one River pollution tracked and determined the mean junction temperature.
In Fig. 2 ist die Meßschaltungsanordnung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Die Anordnung gliedert sich in den Belastungskreis B, den Meßkreis ni und den Anzeigekreis A. In Fig. 2 the measuring circuit arrangement according to the invention is schematic shown. The arrangement is divided into load circuit B, the measuring circuit ni and the display circle A.
Das Meßobjekt G - ein Silizium-pn-Gleichrichter mit einer Typenleistung von 1 Amp. Richtstrom - ist einerseits mit dem Meßkreis, andererseits mit dem Belastungskreis verbunden, in dem es in üblicher Einwegschaltung (mit einem Sinushalbwellenstrom bei einem Mittelwert von 1 Amp.) betrieben wird. The DUT G - a silicon pn rectifier with a type rating of 1 Amp. Directional current - is on the one hand with the measuring circuit, on the other hand with the load circuit connected, in which it is connected in the usual one-way circuit (with a sine half-wave current at an average value of 1 Amp.) is operated.
Ein Hilfsgleichrichter H1 hält während der Sperrhalbwellen die Sperrspannung vom Meßobjekt fern, so daß die Temperaturmessung ohne Störung durch den Belastungskreis erfolgen kann. Ein zweiter Hilfsgleichrichter H2 arbeitet während der Sperrhalbwel le am Meßobjekt über den gleichen Lastwiderstand R und hält damit den Spannungsabfall über der Serienschaltung der Gleichrichter G und H, niedrig.An auxiliary rectifier H1 holds the blocking voltage during the blocking half-waves away from the object to be measured, so that the temperature can be measured without interference from the load circuit can be done. A second auxiliary rectifier H2 works during the Sperrhalbwel le on the device under test via the same load resistance R and thus maintains the voltage drop across the series connection of rectifiers G and H, low.
Im Meßkreis liefert eine hochkonstante Spannungsquelle U0 die Metßspannung von etwa 0,4Volt, die über den Kontakt k eines polarisierten Relais K an den zu untersuchenden Gleichrichter G gelegt wird. A highly constant voltage source U0 supplies the measuring voltage in the measuring circuit of about 0.4Volt, which is connected via the contact k of a polarized relay K to the investigating rectifier G is placed.
Die Wicklung des Relais wird. über einen Phasenschieber P aus dem 5()-Hz-Wechselstromnetz synchron zur Speisespannung U des Belastungskreises erregt.The winding of the relay will. via a phase shifter P from the 5 () - Hz alternating current network excited synchronously with the supply voltage U of the load circuit.
Der Phasenschieber ermöglicht eine beliebige Drehung der Phase und damit die Temperaturmessung in jedem Zeitpunkt der Speriperiode. Die Breite des Fühlimpulses ist bis zu 180° der Periode einstellbar.The phase shifter allows any rotation of the phase and thus the temperature measurement at every point in time of the blocking period. The width of the Sensing pulse can be set up to 180 ° of the period.
Über den Impulskontakt k des Relais werden abwechselnd das Meßobjekt und ein regelbarer Vergleichswiderstand R1 in den Meßkreis geschaltet.Via the pulse contact k of the relay, the device under test is alternated and a controllable comparison resistor R1 connected to the measuring circuit.
Die Anzeigespannung wird an einem geeignet bemessenen Widerstand Ro im Meßkreis gewonnen und über einen Anzeigeverstärker V der Vertikal ahlen kung eines Katbodenstrahloszillographen 0 zugeführt, während zur Horizontalablenkung am Kathodenstrahloszillographen eine netzsynchrone Sägezahn spannung verwendet wird. Dem Anzeigeverstärker wird eine minimale Eingangsspannung von 1 mVss angeboten. Zur einwandfreien Funktion der Anordnung sind daher klare Erdungsverhältuisse erforderlich. Zweckmäßig wird die gesamte Schaltung an der »kalten« Eingangsklemme des Anzeigeverstärkers geerdet. Da jedoch im allgemeinen ein Pol der speisenden Netzspannung Erdpotential führen wird, muß die Speisespannung galvanisch von der Erde getrennt werden. Hierzu wurden bei der benutzten Meßeinrichtung zwei Zwischentransformatoren verwendet, von denen der eine die galvanische Trennung vom Netz vollzieht. Um störende Einstreuungen auf die Meßapparatur durch die Speisespannung grundsätzlich auszuschalten, wird der Stromkreis zwischen dem ersten und zweiten Transformator in geeigneter Weisc gegen das Erdpotential zwangssymmetriert. The display voltage is applied to a suitably sized resistor Ro obtained in the measuring circuit and the vertical ahlen kung via a display amplifier V a Katbodenstrahloszillographen 0 supplied, while for horizontal deflection a mains-synchronized sawtooth voltage is used on the cathode ray oscilloscope. The display amplifier is offered a minimum input voltage of 1 mVss. Clear earthing conditions are therefore required for the arrangement to function properly. The entire circuit is useful at the "cold" input terminal of the display amplifier grounded. Since, however, one pole of the supplying mains voltage is generally earth potential lead, the supply voltage must be galvanically isolated from the earth. For this two intermediate transformers were used in the measuring device used, one of which carries out the galvanic separation from the mains. About disturbing interference to switch off the measuring apparatus by the supply voltage in principle the circuit between the first and second transformers in a suitable manner Forced symmetry against the earth potential.
Zur Messung der Temperaturverhältuisse an der Anzeigeeinrichtung wurde an Stelle einer Ausschlagmethode eine Substitutionsmethode benutzt, um von der jeweiligen Stellung kontinuierlicher Empfindlichkeitsregler bezüglich der Temperatureichung unabhängig zu sein. DieAnzeigeeinrichtung dient demnach lediglich zum Substitutionsabgleich. For measuring the temperature conditions on the display device a substitution method was used instead of a deflection method in order to avoid the respective position of the continuous sensitivity regulator with regard to the temperature calibration to be independent. The display device is therefore only used for the substitution comparison.
In Fig. 3 ist das Meßverfahren an Hand voll Oszillogrammen im Prinzip dargestellt. Auf dem Bildschirm des Oszillographen tritt zum Bild des NIeßimpulses (Fig. 3 a) ein vom Widerstandswert des Vergleichswiderstandes abhängiges Vergleichsniveau (Fig. 3 b), das durch Abgleich des Widerstandes mit der Höhe des Meßimpulses in Übereinstimmung gebracht werden kann (Fig. 3 c). Diesem Wert des v ergleichswiderstandes ist die zugeordnete Sperrschichttemperatur des Gleichrichters zu entnehmen. In Fig. 3, the measuring method is based on oscillograms in principle shown. The measurement pulse appears on the oscilloscope screen (FIG. 3 a) a comparison level dependent on the resistance value of the comparison resistance (Fig. 3 b), which by balancing the resistance with the height of the measuring pulse in accordance can be brought (Fig. 3 c). This value of the comparison resistance is the assigned junction temperature of the rectifier.
In der benutzten Anordnung wurde ein Drehwiderstand verwendet, dessen Skala mit einer individuellen Temperatureichung versehen war. Setzt man die Frequenz der Horizontalablenkung am I<a,thodenstrahloszillographen von 50 auf 100 Hz herauf, so erscheint das Vergleichsniveau über der gesamten Breite des Schirmbildes. Damit wird das Erkennen des Ahgleiches erleichtert, wie es in Fig. 3d für den nicht abgeglichenen und in Fig. 3 e für den abgeglichenen Zustand gezeigt ist.In the arrangement used, a rotary resistor was used, its Scale was provided with an individual temperature calibration. If you set the frequency the horizontal deflection at the I <a, method beam oscilloscope from 50 to 100 Hz, so the comparison level appears across the entire width of the screen. In order to the recognition of the match is made easier, as it is in Fig. 3d for the unmatched and is shown in Fig. 3e for the balanced state.
Bei Belastung des Gleichrichters G mit einem Sinushalbwelllenstrom zeigt sich, nachdem im unbelasteten Zustand abgeglichen war (Fig.3e), das Impulsbild der Fig. 3 f. Durch abenualigen Abgleich kann man die mittlere Temperaturerhöhung an der Sperrschicht ermitteln, die sich bei dem untersuchten Silizium-pn-Gleichrichter zu 6,20 C ergab. Die Sperrschichttemperatur sinkt nach dem Abschalten der Belastung mit einer der thermischen Zeitkonstante des kristalls entsprechenden Geschwindigkeit auf den Wert Null herab. Im Oszillograinin (Fig. 3 f) ist gut erkennbar, daß die Temperatur mit fortschreitender Zeit abnimmt. Der Meßimpuls wurde hierbei gegen Ende der Sperrhalbwelle eingetastet. Dieser Effekt tritt stärker hervor. wenn der Meßzeitpunkt näher an das Ende der Flußhalbwelle herangerückt wird (Fig. 3g). When the rectifier G is loaded with a sinusoidal half-wave current shows the impulse pattern after the balance was carried out in the unloaded state (Fig. 3e) of Fig. 3 f. The average temperature increase can be determined by means of an annual comparison at the junction, which is located in the examined silicon pn rectifier at 6.20 ° C. The junction temperature drops after the load is switched off with a speed corresponding to the thermal time constant of the crystal down to the value zero. In the oscillograph (Fig. 3 f) it is easy to see that the Temperature decreases with the passage of time. The measuring pulse was here against Keyed in at the end of the locking half-wave. This effect is more pronounced. if the Measurement time is moved closer to the end of the flux half-wave (Fig. 3g).
Tn Fig. 3 h ist der Temperaturverlauf in der gesamten Sperrhalbwelle dargestellt. Die Abkühlung während der Sperrhalbwelle betrug bei dem verwendeten Nteßobjekt 2,10 C. Die Durchführung der Messung wird durch die Fig. 2 i und 2k veranschaulicht. Tn Fig. 3h is the temperature profile in the entire blocking half-wave shown. The cooling during the blocking half-wave was in the case of the one used Test object 2, 10 C. The implementation of the measurement is illustrated by FIGS. 2 i and 2 k.
Im Falle nicht selbständig lücken den Stromverlaufes ist das vorliegende Äll Meßverfahren, wie bere!its ausgeführt wurde, bei entsprechendem Aufwand an Schaltmitteln ebenfalls anwendbar. Es ist z. B. möglich, das. Meßobjekt mit Gleichstrom zu betreiben und z. B. über Kontakte eines rotierenden Schalters abwechselnd in den Belastungskreis und den Meßkreis zu legen, in dem es seinerseits über Kontakte des rotierenden Schalters abwechselnd an die hochkonstante Spannungsquelle und den regelbaren Vergleichswiderstand geschaltet wird. Mit dieser Meßanordnung wird demnach eine periodische Belastung des pn-Gleichrichters in Flußrichtung mit Rechteckstrom erreicht und die Temperaturmessung kann wieder oszillographisch unter Verwendung des in die Lücke getasteten Meßspannungsimpulses vorgenommen werden. Diese Betriebsart ermöglicht neben der Temperaturmessung eine bequeme und genaue Bestimmung der Verlustleistung des Gleichrichters aus einer Strom- und Spannungsmessung, was z. B. bei der Ermittlung des als Verhältnis von Temperatur und Verlustleistung definierten Wärmewiderstandes von Wichtigkeit ist, da dieser wie!derum die Grundlage zur Festsetzung der maximal zulässigen Verlustleistung bei einem Gleichrichtertyp ist. In the case of not independently gaps the current course is the present one All measuring methods, as already carried out, with a corresponding expenditure of switching means also applicable. It is Z. B. possible to operate the DUT with direct current and Z. B. via contacts of a rotating switch alternately in the load circuit and to place the measuring circuit in which it in turn has contacts of the rotating switch alternately to the highly constant voltage source and the adjustable reference resistor is switched. With this measuring arrangement there is accordingly a periodic load of the pn rectifier in the direction of flow with square wave current and the temperature measurement can again be oscillographically using the measurement voltage pulse that has been scanned into the gap be made. In addition to temperature measurement, this operating mode enables a convenient and precise determination of the power loss of the rectifier from a current and voltage measurement, which z. B. in determining the ratio of temperature and power dissipation defined thermal resistance is important, since this again the basis for determining the maximum permissible power loss is a rectifier type.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEST13681A DE1105528B (en) | 1958-04-23 | 1958-04-23 | Measurement method and measurement arrangement for determining the junction temperature of a pn rectifier |
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| DEST13681A DE1105528B (en) | 1958-04-23 | 1958-04-23 | Measurement method and measurement arrangement for determining the junction temperature of a pn rectifier |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1105528B true DE1105528B (en) | 1961-04-27 |
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ID=7456114
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DEST13681A Pending DE1105528B (en) | 1958-04-23 | 1958-04-23 | Measurement method and measurement arrangement for determining the junction temperature of a pn rectifier |
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| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1105528B (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1958
- 1958-04-23 DE DEST13681A patent/DE1105528B/en active Pending
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