CN108646128B - 桥堆高温反偏老化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种桥堆反偏老化系统，包括正负电源系统和数据检测监控模块；所述正负电源系统包括正电源和负电源，正电源的正极分别通过串联保险丝对应接入桥堆的A端，以对桥堆的其中两个二极管提供反偏电压，该桥堆的C、D端分别对应依次连接二极管和采样电阻后连接正电源的负极，正电源的负极接地；负电源的负极分别通过串联保险丝对应接入桥堆的B端，以对桥堆的另两个二极管提供反偏电压，该桥堆的C、D端分别依次连接二极管和采样电阻后连接负电源的正极，负电源的正极采用浮地连接。本发明提供的老化电路能够对桥堆的4个PN结同时提供反偏电压，使桥堆的4个PN结同时产生反偏漏电流，从而提高了老化时间，使老化处理效率提高。
Description
技术领域
本发明涉及电子产品的高温老化领域，尤其是一种桥堆的高温反偏老化系统。
背景技术
诸如电容、二极管等电子产品，为了品质控制，达到后期使用的性能稳定，通常需要在出厂前进行一定时间的老化，剔除早期失效品。随着电子行业的迅猛发展，电子元器件在工控、汽车、战略武器系统、航空航天及民用产品上得到广泛应用。因此，电子元器件生产厂商，多会在产品出厂前进行老化处理。桥堆产品的产品说明书上亦会标定该种器件的耐压值、漏电流等技术参数，然而普通的老化处理，效率低下，且不易发现产品的潜在缺陷，而实践证明，外加应力，可以加速器件的早期失效，所以多通道、高温应力的高压反偏老化系统就有其存在的必然性。
南京林业大学学报(自然科学版)刊登的“桥堆老化台电气控制系统设计”，介绍了一种采用PLC控制的桥堆老化台电气控制系统，使用正弦交流电，控制可控硅的导通，分别导通可调直流正负电源，上下PN结两两进行通电老化。该方案T时间内，上下半桥只老化了T/2时间。
市面上桥堆高温反偏老化设备亦各色各样，但老化原理大多如杭州高裕电子科技有限公司型号为HTRB桥堆高反偏老化系统，每两个PN结同时加电老化，监测每两个PN结漏电之和，或者单个PN结独立加电老化，监测每个PN结漏电流。该类设备存在老化周期冗长的缺点。
发明内容
本发明的目的在于对桥堆的四个PN结同时进行高温反偏老化，监测桥堆的4个PN结的漏电流情况而提供一种桥堆反偏老化系统。
一种桥堆反偏老化系统，包括用于对桥堆提供反偏电压的正负电源系统和用于对桥堆的漏电流进行检测监控的数据检测监控模块；所述正负电源系统包括正电源和负电源，所述正电源(1)的正极分别通过串联保险丝(53、54、55、56)对应接入桥堆(9、10、11、12)的A端，以对所述桥堆的其中两个二极管提供反偏电压，该桥堆(9、10、11、12)的C、D端分别对应依次连接二极管(13、15、17、19；27、25、23、21)和采样电阻(14、16、18、20；28、26、24、22)后连接正电源(1)的负极，所述正电源(1)的负极接地；所述负电源(29)的负极分别通过串联保险丝(57、58、59、60)对应接入桥堆(9、10、11、12)的B端，以对桥堆的另两个二极管提供反偏电压，该桥堆(9、10、11、12)的C、D端分别依次连接二极管(37、39、41、43；38、40、42、44)和采样电阻(45、47、49、51；46、48、50、52)后连接负电源(29)的正极，所述负电源(29)的正极采用浮地连接。所述二极管(13、15、17、19；27、25、23、21；37、39、41、43；38、40、42、44)利用其单向导电性隔绝桥堆左右2侧PN结漏电流测试的相互影响和隔绝A、B两侧保险丝检测的相互影响。
优选的，所述正电源(1)的正极首先依次串联限流电阻(2)和二极管(3)后再与所述保险丝(53、54、55、56)连接；所述负电源(29)的负极首先依次串联限流电阻(30)、二极管(31)后再与所述保险丝(57、58、59、60)连接。
优选的，所述正电源(1)的负极和负电源(29)正极之间还连接有大电阻(61)和继电器(62)。
优选的，所述二极管(3)通过电连接继电器(7)后再与所述保险丝(53、54、55、56)连接，所述继电器(7)依次串联保险丝(6)、电阻(5)和直流电源(4)，直流电源(4)正极端接地；所述二极管(31)通过电连接继电器(32)后再与所述保险丝(57、58、59、60)电连接，所述继电器(32)依次串联保险丝(35)、电阻(34)和直流电源(33)，直流电源(33)负极端接地。
优选的，所述数据检测监控模块包括分别设在正电源电路和负电源电路中的数字控制模拟电子开关和运算放大器，所述数字控制模拟电子开关的一端连接二极管(13、15、17、19；27、25、23、21；37、39、41、43；38、40、42、44)和采样电阻(14、16、18、20；28、26、24、22；45、47、49、51；46、48、50、52)之间的连接端，数字控制模拟电子开关的另一端分别连接MSP芯片和运算放大器的一端，所述数字控制模拟电子开关用于对在正负电源电路中的漏电流被采样电阻转换的电压信号进行选通然后送达msp芯片的ad口进行采样，所述运算放大器的另一端通过MSP芯片接入数字传输模块，所述数字传输模块连接人机交互系统，所述正负电源电路中的MSP芯片之间通过光耦芯片连接。
为了克服现有桥堆老化设备或方案的不足，在分析综合了各家设备的特点，本发明研制了一种针对桥堆同时进行上下PN结高温反偏老化，并实时监测反偏电压及4个PN结的漏电流情况的高温反偏老化系统，高效的监测了桥堆各个结的漏电流情况，其检测性能在实践中效果显著。人机交互界面、高温实验箱、控制检测板、正负电源系统属于反偏老化系统分解开的一部分，隶属其中；本发明高温反偏系统的改进点是提供了一种针对桥堆4个PN结同时老化、实时监测的反偏系统。
本发明由人机交互界面、高温实验箱、承载机架、控制检测板、正负电源系统等元素构成。其中人机交互界面，命名为BTR-E680，在.NET平台上完成。主要完成反偏电压、漏电流的实时监控及显示功能，并能对失效工位进行标示，方便对不良品的剔除。
本发明公开了一种基于桥堆4管芯同时监测的高温反偏老化系统，采用迪派电源型号为HAPS06-1500的正、负高压电源对被试器件进行供电，提供最高到150摄氏度的高温应力试验环境(广五所型号为PH-201高温试验箱实现)。整机配置16个通道、4个独立的电源试验区域，可同时老练4种不同规格型号的被试件，每个通道老练桥堆被试件为20个。通过加载正、负电压进行老化试验，检测中心实时监控每个桥堆各个管芯的反偏电流，并剔除不良品。
控制检测板由数据传输模块和数据检测监控模块构成，数据传输模块完成与人机交互界面的数据传输功能，硬件实现上采用隔离485通讯，能够防止数据传输的出错率；数据检测模块完成各个工位桥堆PN结漏电流的循环检测功能。
此处，PN结上的漏电流在相应的采样电阻上转换为电压信号，然后数据监控模块通过AD转换部分，把该模拟量转换为数字量储存，然后通过常规的RS485通讯，和人机交互系统完成数据的交互。
正电源的正极端接限流电阻作用防止器件短路，对线路一定的限流保护；二极管的作用是利用二极管的单向导电性，防止电源反接造成器件损坏；继电器的作用是保险丝通断判断的时候需要用到该继电器。
整机介绍
整机能同时容纳16块老化板，每个试验通道的独立检测试验工位数为80个，检测桥堆时4个管芯同时监测，则工位数为20个工位，整机共计独立检测试验工位数为80个/块×16块＝1280个。
相对于现有技术，本发明具有如下的优点：
1)本发明提供的老化电路能够对桥堆的4个PN结同时提供反偏电压，使桥堆的4个PN结同时产生反偏漏电流，从而提高了老化时间，使老化处理效率提高。
2)老化电路中通过连接大电阻和继电器，利用继电器让正负高压电源通过大电阻短接，防止两个高压电源地隔离电压过高造成意外。
3)本发明的老化电路通过加入继电器，通过判断采样电阻上的电压值来判断保险丝的通断，保护了老化电路中的安全。
附图说明
图1是本发明的老化原理图。
图2是本发明的桥堆漏电流检测的示意图。
图3是本发明中的桥堆与系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种桥堆反偏老化系统，包括用于对桥堆提供反偏电压的正负电源系统，所述正负电源系统包括正电源1和负电源29。
首先正电源1输出电压串联限流电阻2再串联一个二极管3接入老化回路，二极管的单向导电性保证了电源错接不会对器件造成毁灭性破坏。具体的正电源1输出电压依次串联限流电阻2、二极管3后，再分别串联保险丝53、54、55、56并相应的接入被测件9、10、11、12的A端，以对该被测件(即桥堆)9、10、11、12其中的两个二极管提供反偏电压。当被器件损坏或老化失效后，保险丝可以保护高压大电流流入检测板。所述被测件9、10、11、12的C端(即如图2所示，桥堆的上半部分PN结交汇处)分别对应串联二极管13、15、17、19和采样电阻14、16、18、20到正电源1的负极；所述正电源1的负极接地。所述被测件9、10、11、12的D端(即，如图2所示的下半部分PN结交汇处)分别对应串联二极管27、25、23、21和采样电阻28、26、24、22亦接入正电源1的负极。再具体的，例如，正电源1的正极依次连接限流电阻2、二极管3、保险丝53后接入桥堆9的A端，所述桥堆9的C端通过串联二极管13和采样电阻14后与正电源1的负极连接，所述桥堆9的D端依次串联二极管27和采样电阻28后亦接入正电源1的负极。正电源1的正极依次连接所述限流电阻2、二极管3、保险丝55后与桥堆11的A端连接，所述桥堆11的C端依次串联二极管17和采样电阻18后接入正电源1的负极；所述桥堆11的D端依次串联二极管23和采样电阻24后亦接入正电源1的负极。
而负电源29的负极依次串联限流电阻30和一个二极管31接入老化回路(此处二极管的作用同正电源处)，该二极管31分别与保险丝57、58、59、60连接，具体的，负电源29的负极分别串联保险丝57、58、59、60并相应的连接被测件9、10、11、12的B端，以对所述被测件桥堆9、10、11、12的另两个二极管提供反偏电压；当被器件损坏或老化失效后，保险丝57、58、59、60可以保护高压大电流流入检测板。然后所述被测件9、10、11、12的C端(即如图2所示的上半部分PN结交汇处)分别对应串联二极管37、39、41、43和采样电阻45、47、49、51到负电源29的正极，所述被测件9、10、11、12的D端(即如图2所示的下半部分PN结交汇处)分别对应串联二极管38、40、42、44和采样电阻46、48、50、52亦接入负电源29正极，其中负电源29的正极采用“浮地”连接，否则PN结间漏电流采样数据会受到影响。为了防止两个高压电源地隔离电压过高造成意外，利用继电器62默认让正负高压电源1和29通过“大电阻”61短接。具体的，所述负电源29的正极串联继电器62后电连接正电源1的负极，所述继电器62两端通过“大电阻”61短接。再具体的说，例如，负电源29的负极依次连接限流电阻30、二极管31、保险丝58后接入桥堆10的B端，所述桥堆10的C端依次串联二极管39和采样电阻47后接入负电源29的正极；所述桥堆10的D端依次串联二极管40和采样电阻48后亦接入负电源29的正极。所述负电源29的负极依次连接所述限流电阻30、所述二极管31、保险丝60后接入桥堆12的B端，所述桥堆12的C端依次串联二极管43和采样电阻51后接入负电源29的正极；所述桥堆12的D端依次串联二极管44和采样电阻52后亦接入所述负电源29的正极。
所述，正电源1的负极和控制检测板的地短接。
优选的，所述二极管3与所述保险丝53、54、55、56之间还电连接有继电器7，所述继电器7依次串联保险丝6和电阻5后连接直流电源4的负极端，直流电源4的正极端接地；
所述二极管31先串联继电器32后再与所述保险丝57、58、59、60电连接；所述继电器32依次串联保险丝35、电阻34后电连接直流电源33的正极端，直流电源33的负极端接地。
如图1所示，本反偏试验系统，还具备工位继电器保险丝通断检测功能，首先通过继电器62切换，将继电器62的触点7和触点5短路，目的是让正负电源地与GND直接短接；再通过控制继电器7的触点1和触点3短接(继电器32的触点1仍和触点2短接)，电流从负电源29的正极端流出，经采样电阻45，二极管37，进入桥堆9的C端并从A端流出(如图2中模块右边部分PN结)，再经保险丝53，继电器7，保险丝6，电阻5，回到直流电源4的负端；通过判断采样电阻45上的电压大小来判断保险丝53通断(默认保险丝6是通的，可以通过老化试验前的定期维护，利用万用表的短路档测量，确定保险丝6的通断与否，若断则更换)，若采样电组45上的电压值为0，则确定保险丝53断；以此类推，根据采样电阻的电压值，来判断其他保险丝的通断。
然后控制继电器32的触点1和触点3短接(继电器7的触点1和触点2短接)，电流从直流电源33流出，经电阻34，保险丝35，继电器32，再经保险丝57,，从被测件桥堆9的B端流入，C端流出，再经二极管13，采样电阻14，回到直流电源33的负端；采用上述方式，通过判断采样电阻14上的电压大小，若采样电阻14上的电压值为0，则保险丝断了，以此判断保险丝的通断状态。
如图2所示，所述数据检测监控模块包括分别设在正电源电路和负电源电路中的数字控制模拟电子开关和运算放大器，所述数字控制模拟电子开关的一端连接二极管和采样电阻之间的连接端，数字控制模拟电子开关的另一端分别连接MSP芯片和运算放大器的一端，所述数字控制模拟电子开关用于对在正负电源电路中的漏电流被采样电阻转换的电压信号进行选通然后送达msp芯片的ad口进行采样，所述运算放大器的另一端通过MSP芯片接入数字传输模块，所述数字传输模块连接人机交互系统，所述正负电源电路中的MSP芯片之间通过光耦芯片连接。
本发明中的反偏漏电流采集的工作过程为：如图2所示，每一个桥堆产生4路反偏漏电流，这4路反偏漏电流各自通过采样电阻转换为4路电压信号，该4路电压信号与数字控制模拟电子开关(型号可选CD4051)连接，接着，通过片选数字控制电子模拟电子开关将相应开关单元与OP27精密运算放大器接通，OP27运放器分别连接正电源系统和负电源系统的MSP芯片AD端，所述OP27运放器用于对从数字控制电子模拟开关输出的信号进行放大并传输给MSP芯片；所述数字控制模拟电子开关还与MSP芯片连接，其用于接收所述msp芯片传输的片选信号；所述MSP芯片将对输入其内的模拟量转换为数字量储存。(正电源系统中产生的两路反偏漏信号通过运放器传输给正电源老化回路中的MSP芯片，负电源系统中产生的两路反偏漏信号通过运放器传输给负电源老化回路中的MSP芯片)。所述负电源老化回路中的MSP芯片通过HCPL-0501光耦芯片传输给正电源老化回路中的msp芯片(此msp芯片作为主mcu芯片)，最后主mcu芯片通过数据传输模块传输给人机交互系统。在本发明中，所述人机交互系统的型号可以采用BTR-E680的上位机系统。
此反偏试验系统数据传输模块中的主要芯片是美国模拟器公司生产的具备±15kV ESD保护功能的完全集成式隔离数据收发器ADM2587E,数据速率达到500Kbps。
桥堆固定在老化板上，然后将C、D端连接到诸如图2中的二极管13的一端，然后采样电阻14与二极管13连接端接入数字控制模拟电子开关。采样电阻、模拟电子开关、运放构成的这部分电路就是数据监控模块
20个被测件80个PN结上的反偏漏电流通过采样电阻转换为电压信号，然后利用数字控制模拟电子开关(CD4051)片选接入由运放(OP27)组成的采样电路中，然后接入msp430f1611芯片的AD端，其中图2中左、右两部分PN结分别用两个隔离供电的msp430f1611芯片采样，负电源老化回路的msp430f1611芯片将采样的漏电流模拟量转为TTL信号，用HCPL-0501光耦芯片传输给主板MCU(正电源老化回路的msp430f1611芯片)，然后通过数据传输模块上传给人机交互系统。MCU和人机交互系统的数据传输是采用RS485通信。
Claims (5)
1.一种桥堆反偏老化系统，其特征在于：包括用于对桥堆提供反偏电压的正负电源系统和用于对桥堆的漏电流进行检测监控的数据检测监控模块；所述正负电源系统包括正电源和负电源，所述正电源(1)的正极分别通过串联保险丝(53、54、55、56)对应接入桥堆(9、10、11、12)的A端，以对所述桥堆的其中两个二极管提供反偏电压，该桥堆(9、10、11、12)的C、D端分别对应依次连接二极管(13、15、17、19；27、25、23、21)和采样电阻(14、16、18、20；28、26、24、22)后连接正电源(1)的负极，所述正电源(1)的负极接地；所述负电源(29)的负极分别通过串联保险丝(57、58、59、60)对应接入桥堆(9、10、11、12)的B端，以对桥堆的另两个二极管提供反偏电压，该桥堆(9、10、11、12)的C、D端分别依次连接二极管(37、39、41、43；38、40、42、44)和采样电阻(45、47、49、51；46、48、50、52)后连接负电源(29)的正极，所述负电源(29)的正极采用浮地连接。
2.根据权利要求1所述的一种桥堆反偏老化系统，其特征在于：所述正电源(1)的正极首先依次串联限流电阻(2)和二极管(3)后再与所述保险丝(53、54、55、56)连接；所述负电源(29)的负极首先依次串联限流电阻(30)、二极管(31)后再与所述保险丝(57、58、59、60)连接。
3.根据权利要求2所述的一种桥堆反偏老化系统，其特征在于：所述正电源(1)的负极和负电源(29)正极之间还连接有大电阻(61)和继电器(62)。
4.根据权利要求3所述的一种桥堆反偏老化系统，其特征在于：所述二极管(3)通过电连接继电器(7)后再与所述保险丝(53、54、55、56)连接，所述继电器(7)依次串联保险丝(6)、电阻(5)和直流电源(4)，直流电源(4)正极端接地；所述二极管(31)通过电连接继电器(32)后再与所述保险丝(57、58、59、60)电连接，所述继电器(32)依次串联保险丝(35)、电阻(34)和直流电源(33)，直流电源(33)负极端接地。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种桥堆反偏老化系统，其特征在于：所述数据检测监控模块包括分别设在正电源电路和负电源电路中的数字控制模拟电子开关和运算放大器，所述数字控制模拟电子开关的一端连接二极管和采样电阻之间的连接端，数字控制模拟电子开关的另一端分别连接MSP芯片和运算放大器的一端，所述数字控制模拟电子开关用于对在正负电源电路中的漏电流被采样电阻转换的电压信号进行选通然后送达MSP芯片的AD口进行采样，所述运算放大器的另一端通过MSP芯片接入数字传输模块，所述数字传输模块连接人机交互系统，所述正负电源电路中的MSP芯片之间通过光耦芯片连接。
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