功率模块的稳态温升测试方法

       电动汽车行业是全球碳化硅功率模块市场增长的主要驱动力。2020年至2024年，电动汽车行业销售收入的年复合增长率为65.0%，家用电器、超快速充电器等其他行业的销售收入年复合增长率为68.3%，这表明碳化硅功率模块的应用多样化且市场覆盖面广泛。与碳化硅功率模块相比，硅基功率模块的物理极限（例如带隙能量）限制了其有效处理更高电压、频率和温度的能力。这会导致更大的能量损失和更低的散热效率，而这些都是电动汽车、光伏储能和铁路运输等高性能应用中的关键问题。

       功率模块的稳态温升测试是评估其在持续负载下散热性能和安全性的关键环节，需结合标准化流程与设备完成。

一、测试标准与限值

1、‌安全规范要求‌

      根据GB 4943标准，金属外壳温升不得超过60℃，塑料外壳不超过75℃；内部关键元件（如IGBT、二极管）的温升需低于材料额定值的80%‌，UL 1557进一步要求功率模块通过2000次冷热循环测试，验证散热系统的可靠性。‌

2、‌热阻计算模型‌

      通过公式ΔΤ=RthJ-X·Ploss计算温升，其中RthJ-X为结点到X点的热阻，Ploss为功率损耗。需建立各元器件（如MOSFET、二极管）的损耗模型并修正为真实值。‌

二、测试方法与设备

1、‌接触式测量‌

      使用K型热电偶直接贴附于关键部位（如接线端子、芯片表面），精度误差±0.3~1℃，需配合数据采集仪实时记录温度曲线，热电偶需用高温胶固定，避免气流干扰。‌

2、‌非接触式测量‌

      红外热成像仪适用于快速扫描或危险环境，误差±2~5℃，需修正表面发射率及环境介质影响，测试时需控制人员走动，减少温度场扰动‌。

3、‌自动化测试系统‌

      ATE系统可自动采集温度数据并生成温升曲线，提高效率与准确性。需校准变频电源、回馈式负载设备等，确保测试条件符合额定参数‌。

三、测试流程

1、‌准备阶段‌

      连接大功率电源与高速响应负载，布置热电偶或红外探头，测量初始环境温度‌，设备需每年校验并在有效期内使用。

2、‌稳态判定‌

      持续运行至温度波动≤2℃/小时（连续1小时），视为达到稳态‌，温升值=实测温度-环境温度，需低于限值（如多数电器要求≤30K）。

3、‌数据分析‌

      评估散热性能是否达标，若温升异常需检查损耗分布或散热设计。

四、注意事项

1、‌损耗定位‌：通过台式万用表扫描卡分析各元器件损耗（如开关损耗、磁芯损耗），针对性优化散热。‌

2、‌环境控制‌：避免气流扰动，确保测试环境温度稳定。‌

3、数据监控：高分辨率八通道示波器搭配柔性电流探头、光隔离探头可以检测元器件的电流、电压瞬态变化，如短路、过载等。