一種功率二極管反向擊穿電壓分級測試裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種功率二極管反向擊穿電壓分級測試裝置，包括主控制器、測試電路和信號處理電路；測試電路中的恒壓發(fā)生器接收主控制器高電平信號，產(chǎn)生一穩(wěn)定負電壓信號對被測功率二極管加載反向電壓，使得被測功率二極管被反向擊穿；測試電路中的恒流發(fā)生器接收主控制器另一高電平信號，產(chǎn)生一穩(wěn)定電流信號流過被測功率二極管形成反向擊穿電壓信號；信號處理電路過濾被測功率二極管上的穩(wěn)定負電壓信號，并保留反向擊穿電壓信號；主控制器響應用戶對被測功率二極管進行反向擊穿電壓分級測試的操作指令以及當判定被測功率二極管被反向擊穿后分別輸出高電平信號，并接收反向擊穿電壓信號與預設(shè)的閾值進行分級處理及分析。實施本發(fā)明，能夠測量出一定電流范圍內(nèi)二極管反向擊穿電壓及其等級范圍。
【專利說明】
一種功率二極管反向擊穿電壓分級測試裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電子測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種功率二極管反向擊穿電壓分級測試
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]二極管廣泛應用于功率電路、整流電路、檢波電路、調(diào)制電路等等，其可靠性非常重要，尤其是耐壓高、電流大的功率二極管更加備受關(guān)注。
[0003]由于功率二極管在不同電流下獲取到的反向擊穿電壓具有不確定性，主要在于功率二極管在反向擊穿時電壓變化不大，而實際工作電流具有較大的變化范圍，因此對功率二極管在一定電流范圍內(nèi)反向擊穿電壓范圍的研究具有重要的意義。即是說，反向擊穿電壓范圍相近的一批功率二極管，如果工作電流范圍是一致的，則在用于制造整流電路時各個器件的工作電壓、電流比較一致，使得整流電路的一致性、可靠性高;否則，用于制造整流電路時各個器件的工作電壓、電流差別大，導致整流電路的一致性、可靠性低，產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證。
[0004]在現(xiàn)有技術(shù)中，已有功率二極管反向擊穿電壓測試的相關(guān)研究。如伍保紅通過對雪崩二極管的原理、測試條件和系統(tǒng)參數(shù)的分析[伍保紅，基于ADL5317雪崩二極管系統(tǒng)參數(shù)測試電路的設(shè)計[D]，武漢:華中師范大學碩士學位論文，2013.]，基于ADL5317芯片的雪崩二極管系統(tǒng)參數(shù)測試電路的設(shè)計，實現(xiàn)了對微弱電流的檢測功能，但未涉及二極管在一定電流范圍內(nèi)反向擊穿電壓范圍的測量;又如黃飛借鑒ADI公司利用ADL5317芯片對雪崩二極管的偏壓控制和電流檢測技術(shù)[黃飛，雪崩二極管測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]，武漢:武漢理工大學碩士學位論文，2012.]，設(shè)計的電路系統(tǒng)內(nèi)部集成了電壓控制和鏡像電流源，在雪崩二極管正常工作下，便可以很好地測量出雪崩二極管的電壓與電流，但也沒有考慮到一定電流范圍內(nèi)二極管反向擊穿電壓等級范圍的測量。
[0005]因此，亟需一種功率二極管反向擊穿電壓測試裝置，能夠測量出一定電流范圍內(nèi)二極管反向擊穿電壓及其等級范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明實施例所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種功率二極管反向擊穿電壓分級測試裝置，能夠完成一定電流范圍內(nèi)二極管反向擊穿電壓及其等級范圍的測量。
[0007]本發(fā)明實施例提供了一種功率二極管反向擊穿分級測試裝置，包括主控制器、以及與所述主控制器均相連的測試電路和信號處理電路;其中，
[0008]所述測試電路包括恒壓發(fā)生器和恒流發(fā)生器;其中，所述恒壓發(fā)生器的兩端分別與所述主控制器及被測功率二極管的正極相連，用于根據(jù)所述主控制器輸出的第一指令，產(chǎn)生一具有穩(wěn)定負電壓的信號并加載于所述被測功率二極管上，實現(xiàn)所述被測功率二極管被加載反向電壓;所述恒流發(fā)生器的兩端分別與所述主控制器及被測功率二極管的負極相連，用于根據(jù)所述主控制器輸出的第二指令，產(chǎn)生一具有穩(wěn)定電流的信號并加載于所述被測功率二極管上，使得所述被測功率二極管上可形成反向擊穿電壓信號；
[0009]所述信號處理電路還與所述被測功率二極管的正極和負極相連，用于過濾所述被測功率二極管上加載的穩(wěn)定負電壓信號，并保留所述被測功率二極管上的反向擊穿電壓信號且送至所述主控制器中；
[0010]所述主控制器，用于響應用戶對所述被測功率二極管進行反向擊穿測試的操作指令時輸出所述第一指令和當判定所述被測功率二極管被反向擊穿后輸出所述第二指令，并接收所述反向擊穿電壓信號且進一步根據(jù)預設(shè)的閾值進行分級處理及分析。
[0011]其中，所述恒壓發(fā)生器包括電源變壓器、電壓信號源、穩(wěn)壓電路、第一三極管和第一繼電器;其中，
[0012]所述電壓信號源的輸入端與所述主控制器相連，輸出端與所述第一三極管的集電極相連，用于根據(jù)所述主控制器輸出的第一指令，產(chǎn)生一負電壓信號；其中，所述電壓信號源由依序連接的電源變壓器與整流橋構(gòu)成;所述電源變壓器的初級線圈與市電相連，次級線圈與所述整流橋的第一端相連;所述整流橋的第二端與所述主控制器相連，第三端與所述第一三極管的集電極相連；
[0013]所述穩(wěn)壓電路串接于所述第一三極管的基極與集電極之間形成電壓負反饋電路，用于使得所述第一三極管輸出的負電壓信號的幅度值保持穩(wěn)定；
[0014]所述第一繼電器的輸入端與所述第一三極管的發(fā)射極相連，輸出端與所述被測功率二極管的正極相連，控制端與所述主控制器相連，用于接收到所述主控制器輸出的高電平信號后導通，實現(xiàn)所述第一三極管輸出的穩(wěn)定負電壓信號加載于所述被測功率二極管上，使得所述被測功率二極管被加載反向電壓并且被反向擊穿。
[0015]其中，所述穩(wěn)壓電路包括相串接的兩個穩(wěn)壓二極管;其中，一穩(wěn)壓二極管的負極與所述第一三極管的基極相連，另一穩(wěn)壓二極管的正極通過一個電容與所述第一三極管的集電極相連；
[0016]其中，所述恒流發(fā)生器包括電流信號源、電子開關(guān)、第一運放芯片、負載反饋網(wǎng)絡、場效應管和第二繼電器;其中，
[0017]所述電流信號源的輸入端與所述主控制器相連，輸出端與所述電子開關(guān)的輸入端相連，用于根據(jù)所述主控制器輸出的第二指令，產(chǎn)生一電流信號；其中，所述電流信號源由數(shù)模轉(zhuǎn)換器芯片構(gòu)成;所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端與所述主控制器相連，輸出端與所述電子開關(guān)的第一輸入端相連，參考電平端與所述電子開關(guān)的第二輸入端相連；
[0018]所述電子開關(guān)的輸出端與所述第一運放芯片的正輸入端相連，控制端與所述主控制器相連，用于接收到所述主控制器的高電平信號后導通，將所述電流信號送至所述第一運放芯片中；
[0019]所述第一運放芯片的負輸入端通過所述負載反饋網(wǎng)絡形成的電流負反饋電路與所述場效應管的源極相連，輸出端與所述場效應管的柵極相連，用于將所述電流信號放大后，并通過電流負反饋電路使得所述放大處理后的電流信號具有穩(wěn)定電流值；
[0020]所述場效應管的漏極與所述第二繼電器的輸入端相連，用于所述場效應管導通時，輸出所述具有穩(wěn)定電流值的電流信號；
[0021]所述第二繼電器的輸出端與所述被測功率二極管的負極相連，控制端與所述主控制器相連，用于接收到所述主控制器的高電平信號后導通，將所述具有穩(wěn)定電流值的電流信號加載于所述被測功率二極管的負極，使得所述被測功率二極管處于反向擊穿狀態(tài)，在所述被測功率二極管上可形成反向擊穿電壓信號。
[0022]其中，所述信號處理電路包括減法電路和由雙積分電路形成的AD轉(zhuǎn)換器;其中，
[0023]所述減法電路的第一端與所述被測功率二極管的負極相連，第二端與所述被測功率二極管的正極相連，第三端與所述雙積分電路的一端相連，用于過濾所述被測功率二極管上加載的穩(wěn)定負電壓信號，并保留所述被測功率二極管上形成的反向擊穿電壓信號；
[0024]所述雙積分電路的另一端與所述主控制器相連，用于將所述反向擊穿電壓信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，送至所述主控制器中與預設(shè)的閾值進行分級處理及分析。
[0025]其中，所述減法電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第二運放芯片和第二電子開關(guān);其中，
[0026]所述第一電阻的一端與所述被測功率二極管的負極相連，另一端與所述第二電阻的一端及所述第二運放芯片的正輸入端相連；
[0027]所述第二電阻的另一端接地；
[0028]所述第三電阻的一端與所述被測功率二極管的正極相連，另一端與所述第四電阻的一端及所述第二運放芯片的負輸入端相連；
[0029]所述第四電阻的另一端與所述第五電阻的一端及所述第二運放芯片的輸出端相連；
[0030]所述第五電阻的另一端與所述雙積分電路的輸入端相連。
[0031]其中，所述雙積分電路包括第三運放芯片、第二三極管、基準穩(wěn)壓電路和充電電容;其中，
[0032]所述第三運放芯片的正輸入端與所述減法電路的第三端相連，負輸入端與所述第二三極管的集電極及所述充電電容的一端相連，輸出端與所述主控制器相連；
[0033]所述第二三極管的基極與一內(nèi)部工作電壓源相連，且在所述第二三極管的基極及發(fā)射極之間還串接有所述基準穩(wěn)壓電路形成的電壓負反饋電路；
[0034]所述充電電容的另一端接地。
[0035]其中，所述測試裝置還包括顯示電路，所述顯示電路與所述主控制器相連，且由IXD液晶顯示器構(gòu)成。
[0036]實施本發(fā)明實施例，具有如下有益效果:
[0037]與現(xiàn)有技術(shù)相對比，本發(fā)明實施例的測試裝置采用恒壓發(fā)生器在被測功率二極管上加載反向測試電壓，并采用恒流發(fā)生器形成穩(wěn)定的反向擊穿電流通過被測功率二極管，從而測得該穩(wěn)定電流范圍內(nèi)的反向擊穿電壓，并通過主控制器中預設(shè)的閾值對反向擊穿電壓及其等級范圍進行分級處理和分析。
【附圖說明】
[0038]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖仍屬于本發(fā)明的范疇。
[0039]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種功率二極管反向擊穿電壓分級測試裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0040]圖2為圖1測試電路中恒壓發(fā)生器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連接示意圖；
[0041]圖3為圖1測試電路中恒流發(fā)生器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連接示意圖；
[0042]圖4為圖1信號處理電路中減法電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連接示意圖；
[0043]圖5為圖1信號處理電路中雙積分電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連接示意圖；
[0044]圖6為本發(fā)明實施例提供的一種功率二極管反向擊穿電壓分級測試裝置中測試電路的應用場景圖；
[0045]圖7為圖6中針對型號為1N4749被測功率二極管采用I= 9A測試時，測試電路應用場景中各IC輸出的波形圖；其中，I為IC2的OUT端的波形，2為IClB同相端的波形，3為TRl漏極的波形，4為TR2發(fā)射極的波形；
[0046]圖8為本發(fā)明實施例提供的一種功率二極管反向擊穿電壓分級測試裝置中信號處理電路的應用場景圖；
[0047]圖9為圖7中針對型號為1N4749被測功率二極管采用I= 9A測試時，信號處理電路應用場景所用到IClA的波形圖；其中，I為IClA同相端的波形，2為IClA反相端的波形，3為IClA輸出端的波形；
[0048]圖10為本發(fā)明實施例提供的一種功率二極管反向擊穿電壓分級測試裝置中主控制器的應用場景圖；
[0049]圖11為本發(fā)明實施例提供的一種功率二極管反向擊穿電壓分級測試裝置中針對型號為1N4749被測功率二極管測得的一結(jié)果顯示圖；
[0050]圖12為本發(fā)明實施例提供的一種功率二極管反向擊穿電壓分級測試裝置中針對1N4749被測功率二極管測得的另一結(jié)果顯示圖。
【具體實施方式】
[0051]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步地詳細描述。
[0052]如圖1所示，為本發(fā)明實施例中，提供的一種功率二極管反向擊穿電壓分級測試裝置，包括主控制器I，以及與主控制器I均相連的測試電路3和信號處理電路2;其中，
[0053]測試電路3包括恒壓發(fā)生器31和恒流發(fā)生器32;其中，恒壓發(fā)生器31的兩端分別與主控制器I及被測功率二極管DUT的正極(+ )相連，用于根據(jù)主控制器I輸出的第一指令，產(chǎn)生一具有穩(wěn)定負電壓的信號并加載于被測功率二極管DUT上，實現(xiàn)被測功率二極管DUT被反向擊穿;恒流發(fā)生器32的兩端分別與主控制器I及被測功率二極管DUT的負極(-)相連，用于根據(jù)主控制器I輸出的第二指令，產(chǎn)生一具有穩(wěn)定電流的信號并加載于被測功率二極管DUT上，使得被測功率二極管DUT上可形成反向擊穿電壓信號；
[0054]信號處理電路2還與被測功率二極管DUT的正極(+)和負極(_)相連，用于過濾被測功率二極管DUT上加載的穩(wěn)定負電壓信號，并保留被測功率二極管DUT上形成的反向擊穿電壓信號且送至主控制器I中；
[0055]主控制器I，用于響應用戶對被測功率二極管DUT進行反向擊穿測試的操作指令時輸出第一指令和當判定被測功率二極管DUT被反向擊穿后輸出第二指令，并接收反向擊穿電壓信號且進一步根據(jù)預設(shè)的閾值進行分級處理及分析。
[0056]可以理解的是，主控制器I分級處理及分析的結(jié)果將送至顯示電路4進行顯示，該顯示電路4與主控制器I相連，且由IXD液晶顯示器構(gòu)成。
[0057]應當說明的是，反向擊穿電壓信號的分級處理可以是主控制器I以恒流發(fā)生器32輸出的一標準電流信號做分級處理及分析，也可以是主控制器I以恒流發(fā)生器32輸出的兩標準電流信號做分級處理分析。在一個實施例中，恒流發(fā)生器32只輸出一次電流信號，該電流信號經(jīng)過測試裝置處理形成的反向擊穿電壓信號在主控制器I中，跟預設(shè)的多個數(shù)值進行對比，從而確定反向擊穿電壓信號的電壓在某一數(shù)值檔位上。在另一個實施例中，恒流發(fā)生器32輸出兩次電流信號，分別記為Imax和Imin，分別測得的反向擊穿電壓為Vmax和Vmin，此時主控制器I根據(jù)Vmax和Vmin之間設(shè)定多個數(shù)值進行對比，從而確定反向擊穿電壓信號的電壓在Vmax和Vmin之間設(shè)定的某一數(shù)值檔位上；如分為3級，Vmax — Vmin = 3.6V時，則每級差=3.6￥/3 = 1.2￥，第1檔電壓應在￥11^11到(￥1^11+1.2￥)之間，且顯示“01” ；第2檔電壓應在(Vmin+1.2V)到(Vmin+2.4V)之間，且顯示“02” ；第3檔電壓應在(Vmin+2.4V)到Vmax之間，且顯示“03”。高于Vmax或低于Vmin顯示“00”并報警。
[0058]更進一步的，如圖2所示的恒壓發(fā)生器31包括電壓信號源311、穩(wěn)壓電路312、第一三極管313和第一繼電器314;其中，
[0059]電壓信號源311的一輸入端與主控制器I相連，一輸出端與第一三極管313的集電極C相連，用于根據(jù)主控制器I輸出的第一指令，產(chǎn)生一負電壓信號;其中，電壓信號源311由依序連接的電源變壓器與整流橋構(gòu)成；電源變壓器的初級線圈與市電相連，次級線圈與整流橋的第一端相連;整流橋的第二端與主控制器I相連，第三端與第一三極管313的集電極C相連；
[0060]穩(wěn)壓電路312串接于第一三極管313的基極B與集電極C之間形成電壓負反饋電路，用于使得第一三極管313輸出的負電壓信號的幅度值保持穩(wěn)定；
[0061]第一繼電器314的輸入端與第一三極管313的發(fā)射極E相連，輸出端與被測功率二極管DUT的正極(+ )相連，控制端與主控制器I相連，用于接收到主控制器I輸出的高電平信號后導通，實現(xiàn)第一三極管313輸出的穩(wěn)定負電壓信號加載于被測功率二極管DUT上，使得被測功率二極管DUT被反向擊穿。
[0062]穩(wěn)壓電路312包括相串接的兩個穩(wěn)壓二極管3121;其中，一穩(wěn)壓二極管3121的負極與第一三極管313的基極B相連，另一穩(wěn)壓二極管3121的正極與第一三極管313的集電極C相連。
[0063]更進一步的，如圖3所示的恒流發(fā)生器32包括電流信號源321、電子開關(guān)322、第一運放芯片323、反饋網(wǎng)絡324、場效應管325和第二繼電器326;其中，電流信號源321的輸入端與主控制器I相連，輸出端與電子開關(guān)322的第一輸入端相連，用于根據(jù)主控制器I輸出的第二指令，產(chǎn)生一電流信號，并對電流信號進行幅值調(diào)節(jié);其中，電流信號源321由數(shù)模轉(zhuǎn)換器芯片構(gòu)成;數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端與主控制器I相連，輸出端與電子開關(guān)322的第一輸入端相連，參考電平端與電子開關(guān)322的第二輸入端相連；
[0064]電子開關(guān)322的輸出端與第一運放芯片323的正輸入端(+)相連，控制端與主控制器I相連，用于接收到主控制器I的高電平信號后導通，將電流信號送至第一運放芯片323中；
[0065]第一運放芯片323的負輸入端(_)通過反饋網(wǎng)絡324形成的電流負反饋電路與場效應管325的源極S相連，輸出端與場效應管325的柵極G相連，用于將電流信號放大處理后，并通過電流負反饋電路使得放大處理后的電流信號具有穩(wěn)定電流值，且進一步送至場效應管325 中;
[0066]場效應管325的漏極D與第二繼電器326的輸入端相連，用于場效應管325導通時，輸出具有穩(wěn)定電流值的電流信號；
[0067]第二繼電器326的輸出端與所述被測功率二極管DUT的負極(_)相連，控制端與主控制器I相連，用于接收到主控制器326的高電平信號后導通，將具有穩(wěn)定電流值的電流信號加載于被測功率二極管DUT上，使得被測功率二極管DUT上可形成反向擊穿電壓信號。
[0068]信號處理電路2包括減法電路21和由雙積分電路22形成的AD轉(zhuǎn)換器;其中，
[0069]減法電路21的第一端al與被測功率二極管DUT的負極(_)相連，第二端a2與被測功率二極管DUT的正極(+ )相連，第三端a3與雙積分電路22的一端相連，用于過濾被測功率二極管DUT上加載的穩(wěn)定負電壓信號，并保留被測功率二極管DUT上形成的反向擊穿電壓信號；
[0070]雙積分電路22的另一端與主控制器I相連，用于將反向擊穿電壓信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，送至主控制器I中與預設(shè)的閾值進行分級處理及分析。
[0071]更進一步的，如圖4所示的減法電路21包括第一電阻211、第二電阻212、第三電阻213、第四電阻214、第五電阻215和第二運放芯片216;其中，
[0072]第一電阻211的一端與被測功率二極管DUT的負極(_)相連，另一端與第二電阻212的一端及第二運放芯片216的正輸入端(+ )相連；
[0073]第二電阻212的另一端接地；
[0074]第三電阻213的一端與被測功率二極管DUT的正極(+)相連，另一端與第四電阻214的一端及第二運放芯片216的負輸入端(-)相連；
[0075]第四電阻214的另一端與第五電阻215的一端及第二運放芯片216的輸出端相連；
[0076]第五電阻215的另一端與雙積分電路22的輸入端相連。
[0077]更進一步的，如圖5所示的雙積分電路22包括第三運放芯片221、第二三極管222、基準穩(wěn)壓電路223和充電電容224;其中，
[0078]第三運放芯片221的正輸入端(+)與減法電路21的第三端a3相連，負輸入端(_)與第二三極管222的集電極C及充電電容224的一端相連，輸出端與主控制器I相連；
[0079]第二三極管222的基極B與一內(nèi)部工作電壓源Vc相連，且在第二三極管222的基極B及發(fā)射極E之間還串接有基準穩(wěn)壓電路223形成的電壓負反饋電路；
[0080]充電電容224的另一端接地。
[0081]如圖6至圖12所示，對本發(fā)明實施例中的功率二極管反向擊穿測試裝置的應用場景做進一步說明:
[0082]如圖6所示，為測試電路的應用場景圖。其中，恒壓發(fā)生器由最大-60V的橋式整流器D5'為電壓信號源、2SD401型三極管TR2為第一三極管、1N4751型穩(wěn)壓管D3及D4擔當穩(wěn)壓電路、繼電器Jl為第一繼電器等組成，提供加載到被測功率二極管的反向測試電壓。恒流發(fā)生器由TLC5615CP型數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換器IC2為電流信號源、HC4066型電子開關(guān)IC3為第一電子開關(guān)、LF412型運算放大器IClB為第一運放芯片、IRF450型場效應管TR1、電阻R5為反饋網(wǎng)絡、繼電器Jl為第一繼電器等組成，寬度約28yS的反向測試電流脈沖從被測功率二極管的負極通過。
[0083]TR2在小電流工作時的增益較高，電阻R7為TR2提供基極電流。市電經(jīng)過降壓變壓器及橋式整流，當輸入電壓增加時，輸出電壓(三極管TR2發(fā)射極電壓)有升高趨勢。但由于三極管基極電位被兩個耐壓值為30V的穩(wěn)壓管D3、D4串聯(lián)固定，故電壓的增加將使三極管發(fā)射結(jié)上正向偏置電壓降低，基極電流減小，從而使三極管的集電極和發(fā)射極間的電阻增大，Uce增加，抵消了 TR2發(fā)射極電壓的增加，使輸出電壓保持不變。與被測二極管DUT并聯(lián)的電阻R26能夠部分分流，預防高壓時打火。
[0084]在反向測試電壓下，反向測試電流脈沖通過被測功率二極管使其反向擊穿。之后由信號處理電路采集反向擊穿電壓信號。其中，IC2是具有串行接口的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，輸出為電壓，最大值是基準電壓值的兩倍，帶有上電復位功能，即把內(nèi)部寄存器復位至全零，TL431型基準穩(wěn)壓器IC5提供了 IC2所需的基準電壓2.048V<JC2為IClB的同相端設(shè)置直流電平幅度值，該電平是否有效由IC3決定。ICIB的同相端連接IC3的1端口和IC2的OUT端口，OUT端口設(shè)置直流電平幅度值，Vqut = Vref XN/1024，反相端連接TRl的源極和R5 = 0.33 Ω的電阻，ICIB的輸出端連接TRI的柵極。第一電子開關(guān)IC3的K1、K2、K3端口分別接擔當主控制器的W78E54B型CPU芯片IC4的P14、P16、P17端口，IC3由IC4控制，K1、K2、K3這三個高使能輸入端口由IC4控制，只有當IC4對Κ1、Κ2、Κ3賦值高電位時，IC3導通，否貝IJIC3處于截止狀態(tài)。10端口接IClB同相端，11端口接R9和R14，11端口電位由電阻R9、R14分壓得到-0.1V，10端口與11端口配對，則10端口的電壓也是-0.1V，該電壓給IClB同相端-0.1V的電壓，并且當IC3的K2端口由IC4賦值為低電平時，1端口給ICIB的同相端送出指定寬度的脈沖，當此脈沖幅度>-0.1V，IClB工作，使得場效應管TRl導通。TRl的源極電流通過電阻R5上的電壓送回到IClB的反相端，形成電流負反饋，使得TRl的漏極電流穩(wěn)定。通過D/A轉(zhuǎn)換器IC2設(shè)置的直流電平幅度不同，可改變TRl漏極輸出穩(wěn)定電流的大小。此恒流發(fā)生器輸出的電流將通過被測功率二極管，就是二極管反向擊穿時的工作電流，即能測量二極管的反向擊穿電壓信號了。同時IC4控制工作的繼電器J1、J2使無論怎樣放置的被測功率二極管DUT都處于反向偏置狀態(tài)，能被正常測試，以免被測功率二極管損壞。在一個實施例中，如圖7所示，針對型號為1N4749被測功率二極管采用I = 9A測試時，測試電路應用場景中各IC輸出的波形圖；其中，I為IC2的OUT端的波形，2為IClB同相端的波形，3為TRl漏極的波形，4為TR2發(fā)射極的波形。
[0085]如圖8所示，為信號處理電路的應用場景圖。其中的減法電路主要包括由Rl、R2、R3、R4、R23分別擔當?shù)谝恢恋谖咫娮枰约暗诙\放芯片IC1A、第二電子開關(guān)IC7A組成;雙積分電路主要由第三運放芯片IC12A、第二三極管TR3、充電電容C3、基準電源IC6等組成，擔任A/D轉(zhuǎn)換器角色，不再采用專門的A/D芯片。
[0086]通過圖6的繼電器J2，在圖6中由電阻Rl—一R4組成的電橋?qū)Ρ粶y功率二極管的反向測試電壓和反向擊穿電壓進行采樣。因為信號幅度過大，Rl—一R4將信號分壓、降壓后，再經(jīng)過1^412型運算放大器1(:^及1?1、1?2、1?、1?4、1?23組成減法電路，可以去掉加載到被測二極管的反向測試電壓而保留反向擊穿電壓。該減法電路根據(jù)疊加原理，若M點電位為Vm，N點電位設(shè)為O，按照虛短虛斷規(guī)則，IClA輸出端電壓為VmX R3/R1;若N點電位記為VN，M點電位設(shè)為0，此時IClA輸出端的電壓為-VnXR4/R2。兩電壓疊加可以得到IClA輸出端電壓為0.1(Vm_Vn)。此電壓通過低導通內(nèi)阻和快速電子開關(guān)IC7A給電容C14充電，它的峰值儲存在該電容上。IC3的I與3并聯(lián)接到I Cl 2A的同相端，當IC3解鎖時通過1、3端口的并聯(lián)輸出模擬信號給IC12A同相端。IC3的4端口與3端口配對，當K2被設(shè)置為高電平，3端口、4端口導通，4端口的雪崩擊穿電壓信號可傳輸?shù)?端口。8端口連接IC12A的反相端，8端口與9端口配對，9端口接地，所以IC12A的反相端初始電位為0V。電容C14上的電壓經(jīng)過第一電子開關(guān)IC3(內(nèi)部3端口與4端口、10端口與11端口配對)，當K2被設(shè)置為高電平，3端口、4端口導通，反向擊穿電壓可傳輸?shù)?端口，送給主控制器IC4，觸發(fā)A/D轉(zhuǎn)換器(此處A/D轉(zhuǎn)換器的功能由LF412型運算放大器IC12A、9015型三極管TR3及基準電源IC6等器件組成的雙積分電路來完成，可根據(jù)信號強弱靈活更換器件，沒有A/D芯片的局限性)開始計數(shù)，IC4與雙積分電路協(xié)同工作。此雙積分電路原理為:IC6給TR3基極設(shè)置穩(wěn)定的電位2.048V，電阻Rl I起到穩(wěn)流作用，使TR3的集電極給電容C3恒流充電，IC12A的同相端連接IC3中I端口和3端口的并聯(lián)，反相端連接到IC3的8端口和電容C3，讓I Cl 2A輸出穩(wěn)定的三角波，此輸出通過電阻R18輸送到IC4的TO端口。充電開始時電容C3未帶電，因而IC12A反相端的電位為0，信號送給IC12A的同相端。后來，IC3解鎖，電容C3開始充電，基極恒壓的TR3的集電極電流恒流，給電容C3充電時C3的端電壓穩(wěn)定上升，S卩IC12A反相端的電位穩(wěn)定上升，相當于A/D轉(zhuǎn)換器開始計數(shù)，并通過IC12A的輸出端送給IC4。當IC12A反相端的電壓高于同相端時，IC12A的輸出回落到(LIC4得到該信息后保存計數(shù)。隨后IC3的2端口接到基準電壓2.048V，再送給此雙積分電路，又開始第2次轉(zhuǎn)換并計數(shù)，過程同前。第I次計數(shù)X2.048V/第2次計數(shù)= A/D轉(zhuǎn)換值，送給主控制器IC4，校正后在IXD上顯示。在一個實施例中，如圖9所示，針對型號為1N4749被測功率二極管采用I = 9A測試時，信號處理電路應用場景所用到IClA輸出的波形圖；其中，I為IClA同相端的波形，2為IClA反相端的波形，3為IClA輸出端的波形。
[0087]如圖10所示，為主控制器的應用場景圖。W78E54B型CPU芯片IC4作為主控制器是裝置的計算、控制核心，并把數(shù)據(jù)輸出給RT12032-1型液晶顯示器(IXD)構(gòu)成的顯示電路。IC4的POO——P07與LCD的DO——D7分別連接，采用8位數(shù)據(jù)總線并行方式輸入/輸出。IC4可在較高溫度下運行，可提供穩(wěn)定的測試條件，它接受鍵盤輸入，控制模/數(shù)(A/D)和數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換器，通過9012型三極管TR4控制音響器，控制24C02B型存儲器芯片IC9并保存設(shè)置數(shù)據(jù)，以便下次開機自動調(diào)出并顯示，方便使用。IC4的X1、X2端口為晶體振蕩器的輸入和輸出，連接晶振頻率為12MHz的晶振，連接電容器C4、C5保證晶振正常工作。IC4的POO——P07端口是一個雙向I/O端口，作為輸出端口，需要連接上拉電阻R21以保持高電平，該上拉電阻連接+5V電壓方可有效工作。上拉電阻R21將電壓拉高在一個合適的電平，增加輸出時的驅(qū)動能力，以便控制IXD和打印口，并且減少輸入信號的噪聲，增強抗干擾能力。IXD的Vcc連接+5V電源，LEDK為背光負極，接+5V電源，GND和LEDK接地。IC4的P25連接R/W端口(讀寫信號線)決定LCD的控制模式，當R/W為高電平時，IC4進行讀操作，當R/W為低電平時，IC4進行寫操作，將信息寫到LCD上顯示。IC4的P26、P27連接LCD的E1、E2使能端口，配合R/W進行讀寫指令的控制，當其由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖綍r，LCD方可進行操作;Vee為偏壓信號端口，它連接滑動變阻器W2，經(jīng)過分壓電阻R6接到電源，此端口可以調(diào)節(jié)屏幕的對比度，Tl連接IXD的AO，可以對屏幕亮度進行調(diào)整。
[0088]IC4的PlO——P17端口是具有內(nèi)部上拉的雙向I/O口，P10控制IC7A，當IC7A的13端口被賦予高電平時導通，此時反向擊穿電壓信號變被送入IC12A的反相端;PU是定時/計數(shù)器2重載/捕獲控制，連接打印口，可對打印口控制;P12輸出時鐘信號給IC2的SCLK端口和IC9的SCL端口，提供時鐘信號;P13給IC2的DIN端口發(fā)送串行二進制數(shù)，此二進制數(shù)即為輸入電流的數(shù)值。IC4的P14、P16、P17分別控制IC3的13、5、6，對裝置內(nèi)的A/D、D/A子電路進行控制，當P14被賦值高電位時，該信號傳送給IC3的13端口，此時Kl處于導通狀態(tài)，其對應的兩個輸入輸出端口可以互相傳送信號，P16、P17端口情況類似;RD端口為外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通，當觸壓AN按鈕時將控制信息傳送給IC4的此端口 ； WR端口為外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通，連接TR4的基極，根據(jù)輸入菜單預先設(shè)定控制是否報警;EA端口為外部訪問使能端，當EA = O時，訪問外部ROM，當EA= I時，執(zhí)行外部程序或者訪問內(nèi)部儲存器，因此該端口接Vcc時方可執(zhí)行程序。IC4的PSEN端口為程序存儲/使能端口，地址/數(shù)據(jù)總線提取期間，PSEN允許外部ROM數(shù)據(jù)到端口 O和MOVC的操作。當訪問內(nèi)部ROM時，沒有PSEN的選通信號，此端口輸出信號。
[0089]IC4的P20——P27端口是內(nèi)部有上拉的雙向I/O端口，P20——P23連接控制口，可以通過控制口對系統(tǒng)進行控制，P24為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端口，連接24C02B型儲存器IC9的SDA端口，開機不丟失上次設(shè)置的參數(shù)。IC9是低工作電壓的串行電可擦除只讀存儲器，IC4的P12端口連接IC9的SCL為串行時鐘信號端口，可為IC9提供時鐘信號，IC9的WP端口接地對器件起到保護作用，即當WP接地時，則判定允許器件進行正常的讀/寫操作。IC4的TO通過電阻R18連接IC12A輸出端，信號通過此端口傳給IC4，R18在此起到降壓作用，使得接收到的數(shù)字信號經(jīng)過降壓后能被IC4接受、處理。IC4的TXD、RXD、INT0端口連接74LS138型譯碼器IC8的A、B、C地址端，是鍵盤信息的輸入口，Υ1_Υ4連接鍵盤，由人為操控鍵盤輸入數(shù)據(jù)參數(shù)，輸入?yún)?shù)經(jīng)IC8傳輸給IC4JC4的Ε1、Ε2、Ε3為通選端口，工作時Ε1、Ε2接地，Ε3接+5V電壓，可將地址端(A、B、C)的二進制編碼在Yl——Υ4以低電平輸出，其它均為高電平，Υ6端口連接IC3的Κ4端口，保持Κ4高電平，始終處于導通狀態(tài)。IC4的INTl為忙標志，連接打印機接口，提供系統(tǒng)內(nèi)部情況，當INTl = I時表示系統(tǒng)內(nèi)部正在操作，此時不接受外部指令，當INTl = O時，表示此時可以接受外部指令。IC4的RESET端口連接控制端口，可對系統(tǒng)重置。5050型三極管TR5在IC4的控制下可選擇被測器件的極性，該極性由輸入菜單預先規(guī)定。當測試顯示的電壓很低，說明被測器件正向?qū)?。要保證測量到的是反向雪崩擊穿電壓，則應該在反向偏置狀態(tài)下測試。若測試時被測二極管DUT短路，或者測試夾沒有接到被測二極管DUT兩端，測試結(jié)果將會超出級外，則需關(guān)閉電源重新放置被測二極管DUT方可使用。
[0090]采用圖6、圖8、圖10中應用場景的測試步驟具體為:
[0091]功率二極管反向擊穿電壓測試系統(tǒng)可以選擇兩種測試模式:分別為單電流測試模式和雙電流測試模式:當選擇單電流模式測試時，需要由鍵盤輸入測試電流和輸出電壓的測量范圍以及級別檔位(01—一14級)，在LCD顯示輸入電流、反向擊穿電壓及其所在檔位。如果電壓數(shù)值在合格范圍之外，分級顯示級外(00)，且該系統(tǒng)會按要求報警；當選擇雙電流模式測試時，需要輸入低測試電流(Imin)、高測試電流(Imax)和兩個測試電流下的電壓差以及檔位(01—一14級)。檢測完成在LCD顯示兩個輸入電流、兩個測試電流下的電壓。如果電壓數(shù)值在合格范圍之外，分級顯示級外(00)，且該系統(tǒng)會按要求報警；
[0092]檢測時，觸壓“AN”按鈕即進行測試，顯示過程由延遲數(shù)決定:當采用雙電流測試模式時，用低測試電流先進行一次測試，再用高測試電流對其進行第二次測試。兩次測試值之差就是所需要的A V;若測試不同型號規(guī)格的二極管，要關(guān)閉開關(guān)，等待一定時間，再換上不同型號的二極管，打開開關(guān)進行測試。
[0093]該系統(tǒng)會自動記錄、儲存設(shè)定參數(shù)，不因電源關(guān)閉而重新設(shè)置；如需修改測試參數(shù)、模式、分級數(shù)、極性，可在測試結(jié)果顯示之后按鍵盤的“設(shè)置”鍵重新設(shè)置。
[0094]在單電流模式下5次測試1N4749型功率二極管的結(jié)果如圖11所示(測試參數(shù)Imax=6A, Vmin = 15V, Vmax = 45V，電壓分級數(shù)為6)。本組實驗測試器件的擊穿電壓沒有明顯變化，說明本系統(tǒng)的重復性較好，穩(wěn)定性較高。
[0095]在雙電流模式下5次測試1N4749型功率二極管的結(jié)果如圖12所示(測試參數(shù)Imin= 6A，Imax = 9A，Vmin= 15V，Vmax = 45V，電壓分級數(shù)為6)。本組實驗測試器件的擊穿電壓沒有明顯變化，說明本系統(tǒng)的重復性較好。對比兩種測試模式，本測試系統(tǒng)功能正常。
[0096]實施本發(fā)明實施例，具有如下有益效果:
[0097]與現(xiàn)有技術(shù)相對比，本發(fā)明實施例中的測試裝置采用恒壓發(fā)生器在被測功率二極管上加載反向測試電壓，并待被測功率二極管被擊穿后采用恒流發(fā)生器形成穩(wěn)定的反向測試電流從負極通過被測功率二極管，從而測得該穩(wěn)定電流范圍內(nèi)的反向擊穿電壓，并通過主控制器中預設(shè)的閾值對反向擊穿電壓等級范圍進行分級處理和分析。
[0098]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，所述的存儲介質(zhì)，如R0M/RAM、磁盤、光盤等。
[0099]以上所陳述的僅為本發(fā)明較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種功率二極管反向擊穿電壓分級測試裝置，其特征在于，包括主控制器、以及與所述主控制器均相連的測試電路和信號處理電路;其中， 所述測試電路包括恒壓發(fā)生器和恒流發(fā)生器;其中，所述恒壓發(fā)生器的兩端分別與所述主控制器及被測功率二極管的正極相連，用于根據(jù)所述主控制器輸出的第一指令，產(chǎn)生一具有穩(wěn)定負電壓的信號并加載于所述被測功率二極管上，實現(xiàn)所述被測功率二極管被加載反向電壓;所述恒流發(fā)生器的兩端分別與所述主控制器及被測功率二極管的負極相連，用于根據(jù)所述主控制器輸出的第二指令，產(chǎn)生一具有穩(wěn)定電流的信號并加載于所述被測功率二極管上，使得所述被測功率二極管上可形成反向擊穿電壓信號； 所述信號處理電路還與所述被測功率二極管的正極和負極相連，用于過濾所述被測功率二極管上加載的穩(wěn)定負電壓信號，并保留所述被測功率二極管上的反向擊穿電壓信號且送至所述主控制器中； 所述主控制器，用于響應用戶對所述被測功率二極管進行反向擊穿電壓分級測試的操作指令時輸出所述第一指令和當判定所述被測功率二極管被反向擊穿后輸出所述第二指令，并接收所述反向擊穿電壓信號且進一步根據(jù)預設(shè)的閾值進行分級處理及分析。2.如權(quán)利要求1所述的測試裝置，其特征在于，所述恒壓發(fā)生器包括電壓信號源、穩(wěn)壓電路、第一三極管和第一繼電器;其中， 所述電壓信號源的輸入端與所述主控制器相連，輸出端與所述第一三極管的集電極相連，用于根據(jù)所述主控制器輸出的第一指令，產(chǎn)生一負電壓信號；其中，所述電壓信號源由依序連接的電源變壓器與整流橋構(gòu)成;所述電源變壓器的初級線圈與市電相連，次級線圈與所述整流橋的第一端相連;所述整流橋的第二端與所述主控制器相連，第三端與所述第一三極管的集電極相連； 所述穩(wěn)壓電路串接于所述第一三極管的基極與集電極之間形成電壓負反饋電路，用于使得所述第一三極管輸出的負電壓信號的幅度值保持穩(wěn)定； 所述第一繼電器的輸入端與所述第一三極管的發(fā)射極相連，輸出端與所述被測功率二極管的正極相連，控制端與所述主控制器相連，用于接收到所述主控制器輸出的高電平信號后導通，實現(xiàn)所述第一三極管輸出的穩(wěn)定負電壓信號加載于所述被測功率二極管上，使得所述被測功率二極管被加載反向電壓并且被反向擊穿。3.如權(quán)利要求2所述的測試裝置，其特征在于，所述穩(wěn)壓電路包括相串接的兩個穩(wěn)壓二極管;其中，一穩(wěn)壓二極管的負極與所述第一三極管的基極相連，另一穩(wěn)壓二極管的正極通過一個電容與所述第一三極管的集電極相連。4.如權(quán)利要求1所述的測試裝置，其特征在于，所述恒流發(fā)生器包括電流信號源、電子開關(guān)、第一運放芯片、負載反饋網(wǎng)絡、場效應管和第二繼電器;其中， 所述電流信號源的輸入端與所述主控制器相連，輸出端與所述電子開關(guān)的輸入端相連，用于根據(jù)所述主控制器輸出的第二指令，產(chǎn)生一電流信號；其中，所述電流信號源由數(shù)模轉(zhuǎn)換器芯片構(gòu)成;所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端與所述主控制器相連，輸出端與所述電子開關(guān)的第一輸入端相連，參考電平端與所述電子開關(guān)的第二輸入端相連； 所述電子開關(guān)的輸出端與所述第一運放芯片的正輸入端相連，控制端與所述主控制器相連，用于接收到所述主控制器的高電平信號后導通，將所述電流信號送至所述第一運放芯片中； 所述第一運放芯片的負輸入端通過所述負載反饋網(wǎng)絡形成的電流負反饋電路與所述場效應管的源極相連，輸出端與所述場效應管的柵極相連，用于將所述電流信號放大后，并通過電流負反饋電路使得所述放大處理后的電流信號具有穩(wěn)定電流值； 所述場效應管的漏極與所述第二繼電器的輸入端相連，用于所述場效應管導通時，輸出所述具有穩(wěn)定電流值的電流信號； 所述第二繼電器的輸出端與所述被測功率二極管的負極相連，控制端與所述主控制器相連，用于接收到所述主控制器的高電平信號后導通，將所述具有穩(wěn)定電流值的電流信號加載于所述被測功率二極管的負極，使得所述被測功率二極管處于反向擊穿狀態(tài)，在所述被測功率二極管上可形成反向擊穿電壓信號。5.如權(quán)利要求1所述的測試裝置，其特征在于，所述信號處理電路包括減法電路和由雙積分電路形成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器;其中， 所述減法電路的第一端與所述被測功率二極管的負極相連，第二端與所述被測功率二極管的正極相連，第三端與所述雙積分電路的一端相連，用于過濾所述被測功率二極管上加載的穩(wěn)定負電壓信號，并保留所述被測功率二極管上形成的反向擊穿電壓信號； 所述雙積分電路的另一端與所述主控制器相連，用于將所述反向擊穿電壓信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，送至所述主控制器中與預設(shè)的閾值進行分級處理及分析。6.如權(quán)利要求5所述的測試裝置，其特征在于，所述減法電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻和第二運放芯片;其中， 所述第一電阻的一端與所述被測功率二極管的負極相連，另一端與所述第二電阻的一端及所述第二運放芯片的正輸入端相連； 所述第二電阻的另一端接地； 所述第三電阻的一端與所述被測功率二極管的正極相連，另一端與所述第四電阻的一端及所述第二運放芯片的負輸入端相連； 所述第四電阻的另一端與所述第五電阻的一端及所述第二運放芯片的輸出端相連； 所述第五電阻的另一端與所述雙積分電路的輸入端相連。7.如權(quán)利要求6所述的測試裝置，其特征在于，所述雙積分電路包括第三運放芯片、第二三極管、基準穩(wěn)壓電路和充電電容;其中， 所述第三運放芯片的正輸入端與所述減法電路的第三端相連，負輸入端與所述第二三極管的集電極及所述充電電容的一端相連，輸出端與所述主控制器相連； 所述第二三極管的基極與一內(nèi)部工作電壓源相連，且在所述第二三極管的基極及發(fā)射極之間還串接有所述基準穩(wěn)壓電路形成的電壓負反饋電路； 所述充電電容的另一端接地。8.如權(quán)利要求1所述的測試裝置，其特征在于，所述測試裝置還包括顯示電路，所述顯示電路與所述主控制器相連，且由IXD液晶顯示器構(gòu)成。
【文檔編號】G01R31/26GK105954662SQ201610443741
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月18日
【發(fā)明人】韋文生, 羅飛, 葛文鋒
【申請人】溫州大學