CN105954662B - 一种功率二极管反向击穿电压分级测试装置 - Google Patents

一种功率二极管反向击穿电压分级测试装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种功率二极管反向击穿电压分级测试装置，包括主控制器、测试电路和信号处理电路；测试电路中的恒压发生器接收主控制器高电平信号，产生一稳定负电压信号对被测功率二极管加载反向电压，使得被测功率二极管被反向击穿；测试电路中的恒流发生器接收主控制器另一高电平信号，产生一稳定电流信号流过被测功率二极管形成反向击穿电压信号；信号处理电路过滤被测功率二极管上的稳定负电压信号，并保留反向击穿电压信号；主控制器响应用户对被测功率二极管进行反向击穿电压分级测试的操作指令以及当判定被测功率二极管被反向击穿后分别输出高电平信号，并接收反向击穿电压信号与预设的阈值进行分级处理及分析。实施本发明，能够测量出一定电流范围内二极管反向击穿电压及其等级范围。

Description

一种功率二极管反向击穿电压分级测试装置
技术领域
本发明涉及电子测量技术领域，尤其涉及一种功率二极管反向击穿电压分级测试装置。
背景技术
二极管广泛应用于功率电路、整流电路、检波电路、调制电路等等，其可靠性非常重要，尤其是耐压高、电流大的功率二极管更加备受关注。
由于功率二极管在不同电流下获取到的反向击穿电压具有不确定性，主要在于功率二极管在反向击穿时电压变化不大，而实际工作电流具有较大的变化范围，因此对功率二极管在一定电流范围内反向击穿电压范围的研究具有重要的意义。即是说，反向击穿电压范围相近的一批功率二极管，如果工作电流范围是一致的，则在用于制造整流电路时各个器件的工作电压、电流比较一致，使得整流电路的一致性、可靠性高；否则，用于制造整流电路时各个器件的工作电压、电流差别大，导致整流电路的一致性、可靠性低，产品质量得不到保证。
在现有技术中，已有功率二极管反向击穿电压测试的相关研究。如伍保红通过对雪崩二极管的原理、测试条件和系统参数的分析[伍保红，基于ADL5317雪崩二极管系统参数测试电路的设计[D]，武汉：华中师范大学硕士学位论文，2013.]，基于ADL5317芯片的雪崩二极管系统参数测试电路的设计，实现了对微弱电流的检测功能，但未涉及二极管在一定电流范围内反向击穿电压范围的测量；又如黄飞借鉴ADI公司利用ADL5317芯片对雪崩二极管的偏压控制和电流检测技术[黄飞，雪崩二极管测试系统的设计与实现[D]，武汉：武汉理工大学硕士学位论文，2012.]，设计的电路系统内部集成了电压控制和镜像电流源，在雪崩二极管正常工作下，便可以很好地测量出雪崩二极管的电压与电流，但也没有考虑到一定电流范围内二极管反向击穿电压等级范围的测量。
因此，亟需一种功率二极管反向击穿电压测试装置，能够测量出一定电流范围内二极管反向击穿电压及其等级范围。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种功率二极管反向击穿电压分级测试装置，能够完成一定电流范围内二极管反向击穿电压及其等级范围的测量。
本发明实施例提供了一种功率二极管反向击穿分级测试装置，包括主控制器、以及与所述主控制器均相连的测试电路和信号处理电路；其中，
所述测试电路包括恒压发生器和恒流发生器；其中，所述恒压发生器的两端分别与所述主控制器及被测功率二极管的正极相连，用于根据所述主控制器输出的第一指令，产生一具有稳定负电压的信号并加载于所述被测功率二极管上，实现所述被测功率二极管被加载反向电压；所述恒流发生器的两端分别与所述主控制器及被测功率二极管的负极相连，用于根据所述主控制器输出的第二指令，产生一具有稳定电流的信号并加载于所述被测功率二极管上，使得所述被测功率二极管上可形成反向击穿电压信号；
所述信号处理电路还与所述被测功率二极管的正极和负极相连，用于过滤所述被测功率二极管上加载的稳定负电压信号，并保留所述被测功率二极管上的反向击穿电压信号且送至所述主控制器中；
所述主控制器，用于响应用户对所述被测功率二极管进行反向击穿测试的操作指令时输出所述第一指令和当判定所述被测功率二极管被反向击穿后输出所述第二指令，并接收所述反向击穿电压信号且进一步根据预设的阈值进行分级处理及分析。
其中，所述恒压发生器包括电源变压器、电压信号源、稳压电路、第一三极管和第一继电器；其中，
所述电压信号源的输入端与所述主控制器相连，输出端与所述第一三极管的集电极相连，用于根据所述主控制器输出的第一指令，产生一负电压信号；其中，所述电压信号源由依序连接的电源变压器与整流桥构成；所述电源变压器的初级线圈与市电相连，次级线圈与所述整流桥的第一端相连；所述整流桥的第二端与所述主控制器相连，第三端与所述第一三极管的集电极相连；
所述稳压电路串接于所述第一三极管的基极与集电极之间形成电压负反馈电路，用于使得所述第一三极管输出的负电压信号的幅度值保持稳定；
所述第一继电器的输入端与所述第一三极管的发射极相连，输出端与所述被测功率二极管的正极相连，控制端与所述主控制器相连，用于接收到所述主控制器输出的高电平信号后导通，实现所述第一三极管输出的稳定负电压信号加载于所述被测功率二极管上，使得所述被测功率二极管被加载反向电压并且被反向击穿。
其中，所述稳压电路包括相串接的两个稳压二极管；其中，一稳压二极管的负极与所述第一三极管的基极相连，另一稳压二极管的正极通过一个电容与所述第一三极管的集电极相连；
其中，所述恒流发生器包括电流信号源、电子开关、第一运放芯片、负载反馈网络、场效应管和第二继电器；其中，
所述电流信号源的输入端与所述主控制器相连，输出端与所述电子开关的输入端相连，用于根据所述主控制器输出的第二指令，产生一电流信号；其中，所述电流信号源由数模转换器芯片构成；所述数模转换器的输入端与所述主控制器相连，输出端与所述电子开关的第一输入端相连，参考电平端与所述电子开关的第二输入端相连；
所述电子开关的输出端与所述第一运放芯片的正输入端相连，控制端与所述主控制器相连，用于接收到所述主控制器的高电平信号后导通，将所述电流信号送至所述第一运放芯片中；
所述第一运放芯片的负输入端通过所述负载反馈网络形成的电流负反馈电路与所述场效应管的源极相连，输出端与所述场效应管的栅极相连，用于将所述电流信号放大后，并通过电流负反馈电路使得所述放大处理后的电流信号具有稳定电流值；
所述场效应管的漏极与所述第二继电器的输入端相连，用于所述场效应管导通时，输出所述具有稳定电流值的电流信号；
所述第二继电器的输出端与所述被测功率二极管的负极相连，控制端与所述主控制器相连，用于接收到所述主控制器的高电平信号后导通，将所述具有稳定电流值的电流信号加载于所述被测功率二极管的负极，使得所述被测功率二极管处于反向击穿状态，在所述被测功率二极管上可形成反向击穿电压信号。
其中，所述信号处理电路包括减法电路和由双积分电路形成的AD转换器；其中，
所述减法电路的第一端与所述被测功率二极管的负极相连，第二端与所述被测功率二极管的正极相连，第三端与所述双积分电路的一端相连，用于过滤所述被测功率二极管上加载的稳定负电压信号，并保留所述被测功率二极管上形成的反向击穿电压信号；
所述双积分电路的另一端与所述主控制器相连，用于将所述反向击穿电压信号进行模数转换后，送至所述主控制器中与预设的阈值进行分级处理及分析。
其中，所述减法电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第二运放芯片和第二电子开关；其中，
所述第一电阻的一端与所述被测功率二极管的负极相连，另一端与所述第二电阻的一端及所述第二运放芯片的正输入端相连；
所述第二电阻的另一端接地；
所述第三电阻的一端与所述被测功率二极管的正极相连，另一端与所述第四电阻的一端及所述第二运放芯片的负输入端相连；
所述第四电阻的另一端与所述第五电阻的一端及所述第二运放芯片的输出端相连；
所述第五电阻的另一端与所述双积分电路的输入端相连。
其中，所述双积分电路包括第三运放芯片、第二三极管、基准稳压电路和充电电容；其中，
所述第三运放芯片的正输入端与所述减法电路的第三端相连，负输入端与所述第二三极管的集电极及所述充电电容的一端相连，输出端与所述主控制器相连；
所述第二三极管的基极与一内部工作电压源相连，且在所述第二三极管的基极及发射极之间还串接有所述基准稳压电路形成的电压负反馈电路；
所述充电电容的另一端接地。
其中，所述测试装置还包括显示电路，所述显示电路与所述主控制器相连，且由LCD液晶显示器构成。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
与现有技术相对比，本发明实施例的测试装置采用恒压发生器在被测功率二极管上加载反向测试电压，并采用恒流发生器形成稳定的反向击穿电流通过被测功率二极管，从而测得该稳定电流范围内的反向击穿电压，并通过主控制器中预设的阈值对反向击穿电压及其等级范围进行分级处理和分析。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明实施例提供的一种功率二极管反向击穿电压分级测试装置的系统结构图；
图2为图1测试电路中恒压发生器的系统结构连接示意图；
图3为图1测试电路中恒流发生器的系统结构连接示意图；
图4为图1信号处理电路中减法电路的系统结构连接示意图；
图5为图1信号处理电路中双积分电路的系统结构连接示意图；
图6为本发明实施例提供的一种功率二极管反向击穿电压分级测试装置中测试电路的应用场景图；
图7为图6中针对型号为1N4749被测功率二极管采用I＝9A测试时，测试电路应用场景中各IC输出的波形图；其中，1为IC2的OUT端的波形，2为IC1B同相端的波形，3为TR1漏极的波形，4为TR2发射极的波形；
图8为本发明实施例提供的一种功率二极管反向击穿电压分级测试装置中信号处理电路的应用场景图；
图9为图7中针对型号为1N4749被测功率二极管采用I＝9A测试时，信号处理电路应用场景所用到IC1A的波形图；其中，1为IC1A同相端的波形，2为IC1A反相端的波形，3为IC1A输出端的波形；
图10为本发明实施例提供的一种功率二极管反向击穿电压分级测试装置中主控制器的应用场景图；
图11为本发明实施例提供的一种功率二极管反向击穿电压分级测试装置中针对型号为1N4749被测功率二极管测得的一结果显示图；
图12为本发明实施例提供的一种功率二极管反向击穿电压分级测试装置中针对1N4749被测功率二极管测得的另一结果显示图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种功率二极管反向击穿电压分级测试装置，包括主控制器1，以及与主控制器1均相连的测试电路3和信号处理电路2；其中，
测试电路3包括恒压发生器31和恒流发生器32；其中，恒压发生器31的两端分别与主控制器1及被测功率二极管DUT的正极(+)相连，用于根据主控制器1输出的第一指令，产生一具有稳定负电压的信号并加载于被测功率二极管DUT上，实现被测功率二极管DUT被反向击穿；恒流发生器32的两端分别与主控制器1及被测功率二极管DUT的负极(-)相连，用于根据主控制器1输出的第二指令，产生一具有稳定电流的信号并加载于被测功率二极管DUT上，使得被测功率二极管DUT上可形成反向击穿电压信号；
信号处理电路2还与被测功率二极管DUT的正极(+)和负极(-)相连，用于过滤被测功率二极管DUT上加载的稳定负电压信号，并保留被测功率二极管DUT上形成的反向击穿电压信号且送至主控制器1中；
主控制器1，用于响应用户对被测功率二极管DUT进行反向击穿测试的操作指令时输出第一指令和当判定被测功率二极管DUT被反向击穿后输出第二指令，并接收反向击穿电压信号且进一步根据预设的阈值进行分级处理及分析。
可以理解的是，主控制器1分级处理及分析的结果将送至显示电路4进行显示，该显示电路4与主控制器1相连，且由LCD液晶显示器构成。
应当说明的是，反向击穿电压信号的分级处理可以是主控制器1以恒流发生器32输出的一标准电流信号做分级处理及分析，也可以是主控制器1以恒流发生器32输出的两标准电流信号做分级处理分析。在一个实施例中，恒流发生器32只输出一次电流信号，该电流信号经过测试装置处理形成的反向击穿电压信号在主控制器1中，跟预设的多个数值进行对比，从而确定反向击穿电压信号的电压在某一数值档位上。在另一个实施例中，恒流发生器32输出两次电流信号，分别记为Imax和Imin，分别测得的反向击穿电压为Vmax和Vmin，此时主控制器1根据Vmax和Vmin之间设定多个数值进行对比，从而确定反向击穿电压信号的电压在Vmax和Vmin之间设定的某一数值档位上；如分为3级，Vmax－Vmin＝3.6V时，则每级差＝3.6V/3＝1.2V，第1档电压应在Vmin到(Vmin+1.2V)之间，且显示“01”；第2档电压应在(Vmin+1.2V)到(Vmin+2.4V)之间，且显示“02”；第3档电压应在(Vmin+2.4V)到Vmax之间，且显示“03”。高于Vmax或低于Vmin显示“00”并报警。
更进一步的，如图2所示的恒压发生器31包括电压信号源311、稳压电路312、第一三极管313和第一继电器314；其中，
电压信号源311的一输入端与主控制器1相连，一输出端与第一三极管313的集电极C相连，用于根据主控制器1输出的第一指令，产生一负电压信号；其中，电压信号源311由依序连接的电源变压器与整流桥构成；电源变压器的初级线圈与市电相连，次级线圈与整流桥的第一端相连；整流桥的第二端与主控制器1相连，第三端与第一三极管313的集电极C相连；
稳压电路312串接于第一三极管313的基极B与集电极C之间形成电压负反馈电路，用于使得第一三极管313输出的负电压信号的幅度值保持稳定；
第一继电器314的输入端与第一三极管313的发射极E相连，输出端与被测功率二极管DUT的正极(+)相连，控制端与主控制器1相连，用于接收到主控制器1输出的高电平信号后导通，实现第一三极管313输出的稳定负电压信号加载于被测功率二极管DUT上，使得被测功率二极管DUT被反向击穿。
稳压电路312包括相串接的两个稳压二极管3121；其中，一稳压二极管3121的负极与第一三极管313的基极B相连，另一稳压二极管3121的正极与第一三极管313的集电极C相连。
更进一步的，如图3所示的恒流发生器32包括电流信号源321、电子开关322、第一运放芯片323、反馈网络324、场效应管325和第二继电器326；其中，电流信号源321的输入端与主控制器1相连，输出端与电子开关322的第一输入端相连，用于根据主控制器1输出的第二指令，产生一电流信号，并对电流信号进行幅值调节；其中，电流信号源321由数模转换器芯片构成；数模转换器的输入端与主控制器1相连，输出端与电子开关322的第一输入端相连，参考电平端与电子开关322的第二输入端相连；
电子开关322的输出端与第一运放芯片323的正输入端(+)相连，控制端与主控制器1相连，用于接收到主控制器1的高电平信号后导通，将电流信号送至第一运放芯片323中；
第一运放芯片323的负输入端(-)通过反馈网络324形成的电流负反馈电路与场效应管325的源极S相连，输出端与场效应管325的栅极G相连，用于将电流信号放大处理后，并通过电流负反馈电路使得放大处理后的电流信号具有稳定电流值，且进一步送至场效应管325中；
场效应管325的漏极D与第二继电器326的输入端相连，用于场效应管325导通时，输出具有稳定电流值的电流信号；
第二继电器326的输出端与所述被测功率二极管DUT的负极(-)相连，控制端与主控制器1相连，用于接收到主控制器326的高电平信号后导通，将具有稳定电流值的电流信号加载于被测功率二极管DUT上，使得被测功率二极管DUT上可形成反向击穿电压信号。
信号处理电路2包括减法电路21和由双积分电路22形成的AD转换器；其中，
减法电路21的第一端a1与被测功率二极管DUT的负极(-)相连，第二端a2与被测功率二极管DUT的正极(+)相连，第三端a3与双积分电路22的一端相连，用于过滤被测功率二极管DUT上加载的稳定负电压信号，并保留被测功率二极管DUT上形成的反向击穿电压信号；
双积分电路22的另一端与主控制器1相连，用于将反向击穿电压信号进行模数转换后，送至主控制器1中与预设的阈值进行分级处理及分析。
更进一步的，如图4所示的减法电路21包括第一电阻211、第二电阻212、第三电阻213、第四电阻214、第五电阻215和第二运放芯片216；其中，
第一电阻211的一端与被测功率二极管DUT的负极(-)相连，另一端与第二电阻212的一端及第二运放芯片216的正输入端(+)相连；
第二电阻212的另一端接地；
第三电阻213的一端与被测功率二极管DUT的正极(+)相连，另一端与第四电阻214的一端及第二运放芯片216的负输入端(-)相连；
第四电阻214的另一端与第五电阻215的一端及第二运放芯片216的输出端相连；
第五电阻215的另一端与双积分电路22的输入端相连。
更进一步的，如图5所示的双积分电路22包括第三运放芯片221、第二三极管222、基准稳压电路223和充电电容224；其中，
第三运放芯片221的正输入端(+)与减法电路21的第三端a3相连，负输入端(-)与第二三极管222的集电极C及充电电容224的一端相连，输出端与主控制器1相连；
第二三极管222的基极B与一内部工作电压源Vc相连，且在第二三极管222的基极B及发射极E之间还串接有基准稳压电路223形成的电压负反馈电路；
充电电容224的另一端接地。
如图6至图12所示，对本发明实施例中的功率二极管反向击穿测试装置的应用场景做进一步说明：
如图6所示，为测试电路的应用场景图。其中，恒压发生器由最大-60V的桥式整流器D5′为电压信号源、2SD401型三极管TR2为第一三极管、1N4751型稳压管D3及D4担当稳压电路、继电器J1为第一继电器等组成，提供加载到被测功率二极管的反向测试电压。恒流发生器由TLC5615CP型数/模(D/A)转换器IC2为电流信号源、HC4066型电子开关IC3为第一电子开关、LF412型运算放大器IC1B为第一运放芯片、IRF450型场效应管TR1、电阻R5为反馈网络、继电器J1为第一继电器等组成，宽度约28μS的反向测试电流脉冲从被测功率二极管的负极通过。
TR2在小电流工作时的增益较高，电阻R7为TR2提供基极电流。市电经过降压变压器及桥式整流，当输入电压增加时，输出电压(三极管TR2发射极电压)有升高趋势。但由于三极管基极电位被两个耐压值为30V的稳压管D3、D4串联固定，故电压的增加将使三极管发射结上正向偏置电压降低，基极电流减小，从而使三极管的集电极和发射极间的电阻增大，UCE增加，抵消了TR2发射极电压的增加，使输出电压保持不变。与被测二极管DUT并联的电阻R26能够部分分流，预防高压时打火。
在反向测试电压下，反向测试电流脉冲通过被测功率二极管使其反向击穿。之后由信号处理电路采集反向击穿电压信号。其中，IC2是具有串行接口的数模转换器，输出为电压，最大值是基准电压值的两倍，带有上电复位功能，即把内部寄存器复位至全零，TL431型基准稳压器IC5提供了IC2所需的基准电压2.048V。IC2为IC1B的同相端设置直流电平幅度值，该电平是否有效由IC3决定。IC1B的同相端连接IC3的10端口和IC2的OUT端口，OUT端口设置直流电平幅度值，VOUT＝VREF×N/1024，反相端连接TR1的源极和R5＝0.33Ω的电阻，IC1B的输出端连接TR1的栅极。第一电子开关IC3的K1、K2、K3端口分别接担当主控制器的W78E54B型CPU芯片IC4的P14、P16、P17端口，IC3由IC4控制，K1、K2、K3这三个高使能输入端口由IC4控制，只有当IC4对K1、K2、K3赋值高电位时，IC3导通，否则IC3处于截止状态。10端口接IC1B同相端，11端口接R9和R14，11端口电位由电阻R9、R14分压得到-0.1V，10端口与11端口配对，则10端口的电压也是-0.1V，该电压给IC1B同相端-0.1V的电压，并且当IC3的K2端口由IC4赋值为低电平时，10端口给IC1B的同相端送出指定宽度的脉冲，当此脉冲幅度＞-0.1V，IC1B工作，使得场效应管TR1导通。TR1的源极电流通过电阻R5上的电压送回到IC1B的反相端，形成电流负反馈，使得TR1的漏极电流稳定。通过D/A转换器IC2设置的直流电平幅度不同，可改变TR1漏极输出稳定电流的大小。此恒流发生器输出的电流将通过被测功率二极管，就是二极管反向击穿时的工作电流，即能测量二极管的反向击穿电压信号了。同时IC4控制工作的继电器J1、J2使无论怎样放置的被测功率二极管DUT都处于反向偏置状态，能被正常测试，以免被测功率二极管损坏。在一个实施例中，如图7所示，针对型号为1N4749被测功率二极管采用I＝9A测试时，测试电路应用场景中各IC输出的波形图；其中，1为IC2的OUT端的波形，2为IC1B同相端的波形，3为TR1漏极的波形，4为TR2发射极的波形。
如图8所示，为信号处理电路的应用场景图。其中的减法电路主要包括由R1、R2、R3、R4、R23分别担当第一至第五电阻以及第二运放芯片IC1A、第二电子开关IC7A组成；双积分电路主要由第三运放芯片IC12A、第二三极管TR3、充电电容C3、基准电源IC6等组成，担任A/D转换器角色，不再采用专门的A/D芯片。
通过图6的继电器J2，在图6中由电阻R1——R4组成的电桥对被测功率二极管的反向测试电压和反向击穿电压进行采样。因为信号幅度过大，R1——R4将信号分压、降压后，再经过LF412型运算放大器IC1A及R1、R2、R3、R4、R23组成减法电路，可以去掉加载到被测二极管的反向测试电压而保留反向击穿电压。该减法电路根据叠加原理，若M点电位为VM，N点电位设为0，按照虚短虚断规则，IC1A输出端电压为VM×R3/R1；若N点电位记为VN，M点电位设为0，此时IC1A输出端的电压为-VN×R4/R2。两电压叠加可以得到IC1A输出端电压为0.1(VM-VN)。此电压通过低导通内阻和快速电子开关IC7A给电容C14充电，它的峰值储存在该电容上。IC3的1与3并联接到IC12A的同相端，当IC3解锁时通过1、3端口的并联输出模拟信号给IC12A同相端。IC3的4端口与3端口配对，当K2被设置为高电平，3端口、4端口导通，4端口的雪崩击穿电压信号可传输到3端口。8端口连接IC12A的反相端，8端口与9端口配对，9端口接地，所以IC12A的反相端初始电位为0V。电容C14上的电压经过第一电子开关IC3(内部3端口与4端口、10端口与11端口配对)，当K2被设置为高电平，3端口、4端口导通，反向击穿电压可传输到3端口，送给主控制器IC4，触发A/D转换器(此处A/D转换器的功能由LF412型运算放大器IC12A、9015型三极管TR3及基准电源IC6等器件组成的双积分电路来完成，可根据信号强弱灵活更换器件，没有A/D芯片的局限性)开始计数，IC4与双积分电路协同工作。此双积分电路原理为：IC6给TR3基极设置稳定的电位2.048V，电阻R11起到稳流作用，使TR3的集电极给电容C3恒流充电，IC12A的同相端连接IC3中1端口和3端口的并联，反相端连接到IC3的8端口和电容C3，让IC12A输出稳定的三角波，此输出通过电阻R18输送到IC4的T0端口。充电开始时电容C3未带电，因而IC12A反相端的电位为0，信号送给IC12A的同相端。后来，IC3解锁，电容C3开始充电，基极恒压的TR3的集电极电流恒流，给电容C3充电时C3的端电压稳定上升，即IC12A反相端的电位稳定上升，相当于A/D转换器开始计数，并通过IC12A的输出端送给IC4。当IC12A反相端的电压高于同相端时，IC12A的输出回落到0。IC4得到该信息后保存计数。随后IC3的2端口接到基准电压2.048V，再送给此双积分电路，又开始第2次转换并计数，过程同前。第1次计数×2.048V/第2次计数＝A/D转换值，送给主控制器IC4，校正后在LCD上显示。在一个实施例中，如图9所示，针对型号为1N4749被测功率二极管采用I＝9A测试时，信号处理电路应用场景所用到IC1A输出的波形图；其中，1为IC1A同相端的波形，2为IC1A反相端的波形，3为IC1A输出端的波形。
如图10所示，为主控制器的应用场景图。W78E54B型CPU芯片IC4作为主控制器是装置的计算、控制核心，并把数据输出给RT12032-1型液晶显示器(LCD)构成的显示电路。IC4的P00——P07与LCD的D0——D7分别连接，采用8位数据总线并行方式输入/输出。IC4可在较高温度下运行，可提供稳定的测试条件，它接受键盘输入，控制模/数(A/D)和数/模(D/A)转换器，通过9012型三极管TR4控制音响器，控制24C02B型存储器芯片IC9并保存设置数据，以便下次开机自动调出并显示，方便使用。IC4的X1、X2端口为晶体振荡器的输入和输出，连接晶振频率为12MHz的晶振，连接电容器C4、C5保证晶振正常工作。IC4的P00——P07端口是一个双向I/O端口，作为输出端口，需要连接上拉电阻R21以保持高电平，该上拉电阻连接+5V电压方可有效工作。上拉电阻R21将电压拉高在一个合适的电平，增加输出时的驱动能力，以便控制LCD和打印口，并且减少输入信号的噪声，增强抗干扰能力。LCD的Vcc连接+5V电源，LEDK为背光负极，接+5V电源，GND和LEDK接地。IC4的P25连接R/W端口(读写信号线)决定LCD的控制模式，当R/W为高电平时，IC4进行读操作，当R/W为低电平时，IC4进行写操作，将信息写到LCD上显示。IC4的P26、P27连接LCD的E1、E2使能端口，配合R/W进行读写指令的控制，当其由高电平转变为低电平时，LCD方可进行操作；VEE为偏压信号端口，它连接滑动变阻器W2，经过分压电阻R6接到电源，此端口可以调节屏幕的对比度，T1连接LCD的A0，可以对屏幕亮度进行调整。
IC4的P10——P17端口是具有内部上拉的双向I/O口，P10控制IC7A，当IC7A的13端口被赋予高电平时导通，此时反向击穿电压信号变被送入IC12A的反相端；P11是定时/计数器2重载/捕获控制，连接打印口，可对打印口控制；P12输出时钟信号给IC2的SCLK端口和IC9的SCL端口，提供时钟信号；P13给IC2的DIN端口发送串行二进制数，此二进制数即为输入电流的数值。IC4的P14、P16、P17分别控制IC3的13、5、6，对装置内的A/D、D/A子电路进行控制，当P14被赋值高电位时，该信号传送给IC3的13端口，此时K1处于导通状态，其对应的两个输入输出端口可以互相传送信号，P16、P17端口情况类似；RD端口为外部数据存储器读选通，当触压AN按钮时将控制信息传送给IC4的此端口；WR端口为外部数据存储器写选通，连接TR4的基极，根据输入菜单预先设定控制是否报警；EA端口为外部访问使能端，当EA＝0时，访问外部ROM，当EA＝1时，执行外部程序或者访问内部储存器，因此该端口接VCC时方可执行程序。IC4的PSEN端口为程序存储/使能端口，地址/数据总线提取期间，PSEN允许外部ROM数据到端口0和MOVC的操作。当访问内部ROM时，没有PSEN的选通信号，此端口输出信号。
IC4的P20——P27端口是内部有上拉的双向I/O端口，P20——P23连接控制口，可以通过控制口对系统进行控制，P24为串行数据输入/输出端口，连接24C02B型储存器IC9的SDA端口，开机不丢失上次设置的参数。IC9是低工作电压的串行电可擦除只读存储器，IC4的P12端口连接IC9的SCL为串行时钟信号端口，可为IC9提供时钟信号，IC9的WP端口接地对器件起到保护作用，即当WP接地时，则判定允许器件进行正常的读/写操作。IC4的T0通过电阻R18连接IC12A输出端，信号通过此端口传给IC4，R18在此起到降压作用，使得接收到的数字信号经过降压后能被IC4接受、处理。IC4的TXD、RXD、INT0端口连接74LS138型译码器IC8的A、B、C地址端，是键盘信息的输入口，Y1-Y4连接键盘，由人为操控键盘输入数据参数，输入参数经IC8传输给IC4。IC4的E1、E2、E3为通选端口，工作时E1、E2接地，E3接+5V电压，可将地址端(A、B、C)的二进制编码在Y1——Y4以低电平输出，其它均为高电平，Y6端口连接IC3的K4端口，保持K4高电平，始终处于导通状态。IC4的INT1为忙标志，连接打印机接口，提供系统内部情况，当INT1＝1时表示系统内部正在操作，此时不接受外部指令，当INT1＝0时，表示此时可以接受外部指令。IC4的RESET端口连接控制端口，可对系统重置。5050型三极管TR5在IC4的控制下可选择被测器件的极性，该极性由输入菜单预先规定。当测试显示的电压很低，说明被测器件正向导通。要保证测量到的是反向雪崩击穿电压，则应该在反向偏置状态下测试。若测试时被测二极管DUT短路，或者测试夹没有接到被测二极管DUT两端，测试结果将会超出级外，则需关闭电源重新放置被测二极管DUT方可使用。
采用图6、图8、图10中应用场景的测试步骤具体为：
功率二极管反向击穿电压测试系统可以选择两种测试模式：分别为单电流测试模式和双电流测试模式：当选择单电流模式测试时，需要由键盘输入测试电流和输出电压的测量范围以及级别档位(01——14级)，在LCD显示输入电流、反向击穿电压及其所在档位。如果电压数值在合格范围之外，分级显示级外(00)，且该系统会按要求报警；当选择双电流模式测试时，需要输入低测试电流(Imin)、高测试电流(Imax)和两个测试电流下的电压差以及档位(01——14级)。检测完成在LCD显示两个输入电流、两个测试电流下的电压。如果电压数值在合格范围之外，分级显示级外(00)，且该系统会按要求报警；
检测时，触压“AN”按钮即进行测试，显示过程由延迟数决定：当采用双电流测试模式时，用低测试电流先进行一次测试，再用高测试电流对其进行第二次测试。两次测试值之差就是所需要的ΔV；若测试不同型号规格的二极管，要关闭开关，等待一定时间，再换上不同型号的二极管，打开开关进行测试。
该系统会自动记录、储存设定参数，不因电源关闭而重新设置；如需修改测试参数、模式、分级数、极性，可在测试结果显示之后按键盘的“设置”键重新设置。
在单电流模式下5次测试1N4749型功率二极管的结果如图11所示(测试参数Imax＝6A，Vmin＝15V，Vmax＝45V，电压分级数为6)。本组实验测试器件的击穿电压没有明显变化，说明本系统的重复性较好，稳定性较高。
在双电流模式下5次测试1N4749型功率二极管的结果如图12所示(测试参数Imin＝6A，Imax＝9A，Vmin＝15V，Vmax＝45V，电压分级数为6)。本组实验测试器件的击穿电压没有明显变化，说明本系统的重复性较好。对比两种测试模式，本测试系统功能正常。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
与现有技术相对比，本发明实施例中的测试装置采用恒压发生器在被测功率二极管上加载反向测试电压，并待被测功率二极管被击穿后采用恒流发生器形成稳定的反向测试电流从负极通过被测功率二极管，从而测得该稳定电流范围内的反向击穿电压，并通过主控制器中预设的阈值对反向击穿电压等级范围进行分级处理和分析。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所陈述的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种功率二极管反向击穿电压分级测试装置，其特征在于，包括主控制器、以及与所述主控制器均相连的测试电路和信号处理电路；其中，
所述测试电路包括恒压发生器和恒流发生器；其中，所述恒压发生器的两端分别与所述主控制器及被测功率二极管的正极相连，用于根据所述主控制器输出的第一指令，产生一具有稳定负电压的信号并加载于所述被测功率二极管上，实现所述被测功率二极管被加载反向电压；所述恒流发生器的两端分别与所述主控制器及被测功率二极管的负极相连，用于根据所述主控制器输出的第二指令，产生一具有稳定电流的信号并加载于所述被测功率二极管上，使得所述被测功率二极管上可形成反向击穿电压信号；
所述信号处理电路还与所述被测功率二极管的正极和负极相连，用于过滤所述被测功率二极管上加载的稳定负电压信号，并保留所述被测功率二极管上的反向击穿电压信号且送至所述主控制器中；
所述主控制器，用于响应用户对所述被测功率二极管进行反向击穿电压分级测试的操作指令时输出所述第一指令和当判定所述被测功率二极管被反向击穿后输出所述第二指令，并接收所述反向击穿电压信号且进一步根据预设的阈值进行分级处理及分析。
2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述恒压发生器包括电压信号源、稳压电路、第一三极管和第一继电器；其中，
所述电压信号源的输入端与所述主控制器相连，输出端与所述第一三极管的集电极相连，用于根据所述主控制器输出的第一指令，产生一负电压信号；其中，所述电压信号源由依序连接的电源变压器与整流桥构成；所述电源变压器的初级线圈与市电相连，次级线圈与所述整流桥的第一端相连；所述整流桥的第二端与所述主控制器相连，第三端与所述第一三极管的集电极相连；
所述稳压电路串接于所述第一三极管的基极与集电极之间形成电压负反馈电路，用于使得所述第一三极管输出的负电压信号的幅度值保持稳定；
所述第一继电器的输入端与所述第一三极管的发射极相连，输出端与所述被测功率二极管的正极相连，控制端与所述主控制器相连，用于接收到所述主控制器输出的高电平信号后导通，实现所述第一三极管输出的稳定负电压信号加载于所述被测功率二极管上，使得所述被测功率二极管被加载反向电压并且被反向击穿。
3.如权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述稳压电路包括相串接的两个稳压二极管；其中，一稳压二极管的负极与所述第一三极管的基极相连，另一稳压二极管的正极通过一个电容与所述第一三极管的集电极相连。
4.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述恒流发生器包括电流信号源、电子开关、第一运放芯片、负载反馈网络、场效应管和第二继电器；其中，
所述电流信号源的输入端与所述主控制器相连，输出端与所述电子开关的输入端相连，用于根据所述主控制器输出的第二指令，产生一电流信号；其中，所述电流信号源由数模转换器芯片构成；所述数模转换器的输入端与所述主控制器相连，输出端与所述电子开关的第一输入端相连，参考电平端与所述电子开关的第二输入端相连；
所述电子开关的输出端与所述第一运放芯片的正输入端相连，控制端与所述主控制器相连，用于接收到所述主控制器的高电平信号后导通，将所述电流信号送至所述第一运放芯片中；
所述第一运放芯片的负输入端通过所述负载反馈网络形成的电流负反馈电路与所述场效应管的源极相连，输出端与所述场效应管的栅极相连，用于将所述电流信号放大，并通过电流负反馈电路使得所述放大处理后的电流信号具有稳定电流值；
所述场效应管的漏极与所述第二继电器的输入端相连，用于所述场效应管导通时，输出所述具有稳定电流值的电流信号；
所述第二继电器的输出端与所述被测功率二极管的负极相连，控制端与所述主控制器相连，用于接收到所述主控制器的高电平信号后导通，将所述具有稳定电流值的电流信号加载于所述被测功率二极管的负极，使得所述被测功率二极管处于反向击穿状态，在所述被测功率二极管上可形成反向击穿电压信号。
5.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述信号处理电路包括减法电路和由双积分电路形成的模数转换器；其中，
所述减法电路的第一端与所述被测功率二极管的负极相连，第二端与所述被测功率二极管的正极相连，第三端与所述双积分电路的一端相连，用于过滤所述被测功率二极管上加载的稳定负电压信号，并保留所述被测功率二极管上形成的反向击穿电压信号；
所述双积分电路的另一端与所述主控制器相连，用于将所述反向击穿电压信号进行模数转换后，送至所述主控制器中与预设的阈值进行分级处理及分析。
6.如权利要求5所述的测试装置，其特征在于，所述减法电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第二运放芯片；其中，
所述第一电阻的一端与所述被测功率二极管的负极相连，另一端与所述第二电阻的一端及所述第二运放芯片的正输入端相连；
所述第二电阻的另一端接地；
所述第三电阻的一端与所述被测功率二极管的正极相连，另一端与所述第四电阻的一端及所述第二运放芯片的负输入端相连；
所述第四电阻的另一端与所述第五电阻的一端及所述第二运放芯片的输出端相连；
所述第五电阻的另一端与所述双积分电路的输入端相连。
7.如权利要求6所述的测试装置，其特征在于，所述双积分电路包括第三运放芯片、第二三极管、基准稳压电路和充电电容；其中，
所述第三运放芯片的正输入端与所述减法电路的第三端相连，负输入端与所述第二三极管的集电极及所述充电电容的一端相连，输出端与所述主控制器相连；
所述第二三极管的基极与一内部工作电压源相连，且在所述第二三极管的基极及发射极之间还串接有所述基准稳压电路形成的电压负反馈电路；
所述充电电容的另一端接地。
8.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括显示电路，所述显示电路与所述主控制器相连，且由LCD液晶显示器构成。
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