CN111693842B - 二极管雪崩击穿能力测试系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种二极管雪崩击穿能力测试系统，涉及半导体器件测试技术领域。该测试系统通过电位调节电路输出的调节电压及整流电路的反馈电压控制驱动电路的工作状态，以对整流电路输出电压进行调整，从而实现对施加在待测试二极管的电压的调整。通过上述对施加在待测试二极管的电压的调整，模拟待测试二极管的雪崩击穿过程，依此比对不同待测试二极管的耐雪崩击穿性能。

Description

二极管雪崩击穿能力测试系统

技术领域

本申请涉及半导体器件测试技术领域，具体而言，涉及一种二极管雪崩击穿能力测试系统。

背景技术

相同VRRM(最大反向重复峰值电压)参数的二极管(比如，肖特基二极管及快恢复二极管等)，由于设计、工艺、材料和芯片大小的不同，在电路中应用时，如果有过高反向电压使其产生雪崩击穿，不同的二极管其承受能力也是存在显著差异的。主要原因是不同二极管的EAS(单脉冲最大雪崩能量)参数存在区别，EAS参数标定了不同二极管可以容忍的瞬时过冲电压的安全值，目前二极管产品规格书一般不会标称EAS参数，如何对不同二极管的雪崩击穿能力进行测试，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

为了克服上述技术背景中所提及的技术问题，本申请实施例提供一种二极管雪崩击穿能力测试系统。

本申请提供一种二极管雪崩击穿能力测试系统，包括：方波发生电路、电位调节电路、稳压反馈电路、驱动电路、开关电路、整流电路及测试电路；

所述方波发生电路用于产生方波信号；

所述稳压反馈电路包括放大电路，所述放大电路与所述方波发生电路连接，用于将方波信号进行放大；

所述驱动电路与所述放大电路连接，用于对所述方波信号进行再次放大；

所述开关电路与所述驱动电路连接，所述开关电路包括变压器，并通过所述变压器提升输出电压；

所述整流电路与所述开关电路连接，对输出电压进行整流并放大；

所述测试电路与所述整流电路连接，并通过所述整流电路的输出电压对待测试二极管进行雪崩击穿能力测试；

所述稳压反馈电路还包括电压反馈电路，所述电压反馈电路分别与所述电位调节电路、整流电路及驱动电路连接，根据所述电位调节电路的调节电压和所述整流电路的反馈电压控制所述驱动电路的工作状态，以改变所述整流电路的输出电压。

在本申请的一种可能实施例中，所述放大电路包括第一放大器和第二放大器，所述第一放大器的反相输入端和所述第二放大器的同相输入端与所述方波发生电路的输出端连接，以分别对所述方波发生电路输出的方波信号进行放大，所述第一放大器的输出端和所述第二放大器的输出端分别输出两个相位相反的方波信号。

在本申请的一种可能实施例中，所述驱动电路包括第一射极输出电路及第二射极输出电路，所述第一射极输出电路的输入端与所述第一放大器的输出端连接，所述第二射极输出电路的输入端与所述第二放大器的输出端连接，所述第一射极输出电路的输出端及所述第二射极输出电路的输出端与所述开关电路连接。

在本申请的一种可能实施例中，所述第一射极输出电路包括第一NPN三极管、第一二极管，第一NPN三极管的基极作为所述第一射极输出电路的输入端，第一NPN三极管的发射极作为所述第一射极输出电路的输出端，所述第一二极管连接在第一NPN三极管的基极与发射极之间，用于加快所述第一NPN三极管的关断速度；

所述第二射极输出电路包括第二NPN三极管、第二二极管，第二NPN三极管的基极作为所述第二射极输出电路的输入端，第二NPN三极管的发射极作为所述第二射极输出电路的输出端，所述第二二极管连接在第二NPN三极管的基极与发射极之间，用于加快所述第二NPN三极管的关断速度。

在本申请的一种可能实施例中，所述开关电路还包括：第一MOS管和第二MOS管；

所述第一MOS管的栅极与所述第一NPN三极管的发射极连接，所述第一MOS管的源极接地、漏极与所述变压器的初级线圈的一端连接；

所述第二MOS管的栅极与所述第二NPN三极管的发射极连接，所述第二MOS管的源极接地、漏极与所述变压器的初级线圈的另一端连接。

在本申请的一种可能实施例中，所述整流电路包括第三二极管、第四二极管、第一电容及第二电容；

所述第三二极管和第四二极管串联，所述第一电容和第二电容串联，所述第三二极管和第四二极管与所述第一电容和第二电容并联，所述变压器的次级线圈的一端连接在所述第三二极管与第四二极管之间，所述变压器的次级线圈的另一端连接在所述第一电容与第二电容之间。

在本申请的一种可能实施例中，所述测试电路包括：直流电压表、测试开关、限流电阻、电流探头及用于连接待测试二极管的测试位点；

所述直流电压表与所述第三二极管和第四二极管并联；

所述测试开关、限流电阻、电流探头及所述测试位点串联后，并联在所述直流电压表的两端。

在本申请的一种可能实施例中，所述电位调节电路包括：稳压器及电位调节器，所述稳压器与所述电位调节器连接，所述电位调节器用于调节所述稳压器的输出电压。

在本申请的一种可能实施例中，所述电压反馈电路包括第三放大器、第四放大器及电压反馈网络；

所述第三放大器及第四放大器的同相输入端与所述电位调节电路连接，所述第三放大器及第四放大器的反相输入端与所述电压反馈网络连接，所述第三放大器的输出端连接所述第一NPN三极管的栅极，所述第四放大器的输出端连接所述第二NPN三极管的栅极。

在本申请的一种可能实施例中，所述电压反馈网络包括，第三电阻、第四电阻及第五电阻；

所述第三电阻与所述第五电阻串联在所述第三放大器及第四放大器的反相输入端与所述驱动电路的正极输出端之间；

所述第四电阻一端连接在所述第三电阻与所述第五电阻之间、另一端接地。

本申请实施例提供一种二极管雪崩击穿能力测试系统，通过电位调节电路输出的调节电压及整流电路的反馈电压控制驱动电路的工作状态，以对整流电路输出电压进行调整，从而实现对施加在待测试二极管的电压的调整。通过上述对施加在待测试二极管的电压的调整，模拟待测试二极管的雪崩击穿过程，依此比对不同待测试二极管的耐雪崩击穿性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种二极管雪崩击穿能力测试系统的方框示意图；

图2为本申请实施例提供的一种二极管雪崩击穿能力测试系统的可替代的电路图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互结合。

为了解决上述背景技术中所提及的技术问题，发明人创新性地设计以下的二极管雪崩击穿能力测试系统。

请参照图1，图1示出了本申请实施例提供的一种二极管雪崩击穿能力测试系统100的方框示意图。二极管雪崩击穿能力测试系统100可以包括：方波发生电路110、电位调节电路120、稳压反馈电路130、驱动电路140、开关电路150、整流电路160及测试电路170。

方波发生电路110与稳压反馈电路130连接，方波发生电路110产生的方波信号输送到稳压反馈电路130，稳压反馈电路130可以包括放大电路131，稳压反馈电路130通过放大电路131对方波信号进行放大后输出。

驱动电路140与放大电路131连接，对稳压反馈电路130输出的方波信号进行再次放大。

开关电路150与驱动电路140连接，开关电路150可以包括变压器，开关电路150通过变压器提升输出电压。

整流电路160与开关电路150连接，整流电路对开关电路150的输出电压进行整流并放大。

测试电路170与整流电路160连接，通过整流电路160的输出电压对测试电路170中的待测试二极管进行雪崩击穿能力测试。

在本申请实施例中，稳压反馈电路130还可以包括电压反馈电路132，电压反馈电路132分别与电位调节电路120、整流电路160及驱动电路140连接，根据电位调节电路120的调节电压和整流电路160的反馈电压控制驱动电路140的工作状态，以改变整流电路160的输出电压。

上述技术方案，通过电位调节电路120输出的调节电压及整流电路160的反馈电压控制驱动电路140的工作状态，以对整流电路160输出电压进行调整，从而实现对施加在待测试二极管的电压的调整。通过上述对施加在待测试二极管的电压的调整，模拟待测试二极管的雪崩击穿过程，依此比对不同待测试二极管的耐雪崩击穿性能。

请参照图2，下面对本申请实施例提供的极管雪崩击穿能力测试系统100的一种可能电路图进行详尽介绍。

在本申请实施例中，方波发生电路110可以通过IC1及外围元件组成，具体地，IC1可以是采用时基集成电路NE555实现，具体地，电阻R1的一端接电压源，电阻R1的另一端通过电阻R2与电容C2的一极连接，电容C2的另一极接地，IC1的DIS脚连接在电阻R1与电阻R2之间，IC1的THR脚及TR脚连接在电阻R2与电容C2之间。方波发生电路110的振荡频率由R1、R2和C2的数值决定，其振荡频率满足f＝1.43/[(R1+2R2)C2]。

在本申请实施例中，稳压反馈电路130中的放大电路131可以包括第一放大器IC3D和第二放大器IC3A，第一放大器IC3D的反相输入端和第二放大器IC3A的同相输入端均与方波发生电路110的输出端(图中IC1的Q脚)连接。放大电路131还可以包括电阻R3及电阻R4，电阻R3的一端与接电压源连接，电阻R3的另一端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端接地，第一放大器IC3D的同相输入端和第二放大器IC3A的反相输入端均连接在电阻R3与电阻R4之间。第一放大器IC3D和第二放大器IC3A对方波发生电路110输出的方波信号进行放大，第一放大器IC3D的输出端和第二放大器IC3A的输出端分别输出两个相位相反的方波信号。

在本申请实施例中，驱动电路140可以包括第一射极输出电路及第二射极输出电路，第一射极输出电路的输入端与第一放大器IC3D的输出端连接。第二射极输出电路的输入端与第二放大器的输出端连接，第一射极输出电路的输出端及第二射极输出电路的输出端与开关电路150连接。

在本申请实施例中，第一射极输出电路包括第一NPN三极管Q1、第一二极管D1，第一NPN三极管Q1的基极作为第一射极输出电路的输入端，第一NPN三极管的发射极作为第一射极输出电路的输出端。第一NPN三极管Q1的基极与集电极之间还连接有电阻R10，第一NPN三极管Q1发射极通过电阻R12接地。第一二极管D1连接在第一NPN三极管Q1的基极与发射极之间，用于加快第一NPN三极管Q1的关断速度。

第二射极输出电路可以包括第二NPN三极管Q2、第二二极管D2，第二NPN三极管Q2的基极作为第二射极输出电路的输入端，第二NPN三极管Q2的发射极作为第二射极输出电路的输出端。第二NPN三极管Q2的基极与集电极之间还连接有电阻R9，第二NPN三极管Q2发射极通过电阻R13接地。第二二极管D2连接在第二NPN三极管Q2的基极与发射极之间，用于加快所述第二NPN三极管Q2的关断速度。

在本申请实施例中，开关电路150还可以包括：第一MOS管Q3和第二MOS管Q4。第一MOS管Q3的栅极与第一NPN三极管Q1的发射极连接，第一MOS管Q3的源极接地，第一MOS管Q3的漏极与变压器TR1的初级线圈的一端连接。

第二MOS管Q4的栅极与第二NPN三极管Q2的发射极连接，第二MOS管Q4的源极接地，第二MOS管Q4的漏极与变压器TR1的初级线圈的另一端连接。

在本申请实施例中，第一MOS管Q3和第二MOS管Q4跟随驱动电路140的输出信号，交替导通工作，在第一MOS管Q3或第二MOS管Q4导通期间，变压器TR1存储能量，并通过初次级耦合，进行能量传递，具体地，可以通过设定不同的初次级线圈的匝数比，提升变压器TR1次级输出端的电压。

整流电路160可以包括第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容C8及第二电容C9。

具体地，第三二极管D3和第四二极管D4串联，第一电容C8和第二电容C9串联，第三二极管D3和第四二极管D4构成的支路与第一电容C8和第二电容C9构成的支路并联。变压器TR1的次级线圈的一端连接在第三二极管D3与第四二极管D4之间，变压器TR1的次级线圈的另一端连接在第一电容C8与第二电容C9之间。从第三二极管D3和第一电容C8之间引出整流电路160的高电位输出端，从第四二极管D4和第二电容C9之间引出整流电路160的低电压输出端，整流电路160的低电位输出端接地。

在本申请实施例中，第三二极管D3及第四二极管D4采用高压整流二极管，通过第三二极管D3及第四二极管D4组成倍压整流电路，把输出高频交流电压整流并提升一倍的电压值，以为待测试二极管提供足够高的电压。

测试电路170包括：直流电压表、测试开关K、限流电阻R_L、电流探头171及用于连接待测试二极管D_T的测试位点。直流电压表连接在整流电路160的高电位输出端与低电位输出端之间。

测试开关K、限流电阻R_L、电流探头171及测试位点串联后，并联在直流电压表的两端。通过测试开关K的开闭实现对待测试二极管D_T的测试，电流探头171用于外接示波器，通过示波器探测流经待测试二极管D_T的电流。

在本申请实施例中，电位调节电路120可以包括：稳压器IC2及电位调节器R11，稳压器IC2与电位调节器R11连接，具体地，稳压器IC2的输出脚与电位调节器R11的一固定端连接，电位调节器R11的另一固定端接地，电位调节器R11的调节端通过电阻R5输出电位调节电路120的输出电压。通过调整电位调节器R11的调节端在两个固定端的位置，对电位调节电路120的输出电压进行调整。

在本申请实施例中，电压反馈电路132可以包括第三放大器IC3C、第四放大器IC3B及电压反馈网络。

第三放大器IC3C及第四放大器IC3B的同相输入端与电位调节电路120连接，输入电位调节电路120的输出电压。第三放大器IC3C及第四放大器IC3B的反相输入端与电压反馈网络连接，第三放大器IC3C的输出端连接第一NPN三极管Q1的栅极，所述第四放大器的输出端连接所述第二NPN三极管Q2的栅极。

电压反馈网络可以包括第三电阻R6、第四电阻R7及第五电阻R8。第三电阻R6与第五电阻R5串联在第三放大器IC3C及第四放大器IC3B的反相输入端与驱动电路160的高电位输出端之间。第四电阻R7的一端连接在第三电阻R6与第五电阻R8之间，第四电阻R7的另一端接地。

本申请实施例所提供可能电路结构的工作原理如下：

将待测试二极管连接到测试系统，在第三放大器IC3C及第四放大器IC3B的同相输入端的电压大于反相输入端的电压时，第三放大器IC3C及第四放大器IC3B的输出端输出高电平，第一NPN三极管Q1及第二NPN三极管Q2导通，驱动电路140输出电压信号。在整流电路160的输出电压超过设定电压时，通过电压反馈网络反馈到第三放大器IC3C及第四放大器IC3B的反相输入端的电压大于同相输入端的电压，第三放大器IC3C及第四放大器IC3B的输出端输出低电平，第一NPN三极管Q1及第二NPN三极管Q2截至，驱动电路140无电压输出，使得一个周期内整流电路160的输出电压降低。整流电路160的输出电压降低可以使得反馈到第三放大器IC3C及第四放大器IC3B的反相输入端的电压降低，在第三放大器IC3C及第四放大器IC3B的同相输入端的电压大于反相输入端的电压时，驱动电路140又输出电压信号。通过上述过程可以使得整流电路160输出一设定的输出电压，同时通过上述调节电压反馈电路132的电位调节器R11可以对整流电路160的输出电压进行调节，在整流电路160的输出电压满足所需电压后，闭合开关K，整流电路160的输出电压反向作用在被测试二极管两极，在被测试二极管未被击穿时，通过电位调节器R11对整流电路160的输出电压进行调节，直到被测试二极管被击穿，通过电压表记录击穿时的电压。同时可以通过连接在电流探头171的示波器观察待测试二极管被击穿瞬间的电流波形图。通过记录不同待测试二极管在击穿时的电压，可以对不同待测试二极管的雪崩击穿能力进行分析。

在本申请实施例中，分别对型号为D92-02B的二极管A和型号为20F20AB3的二极管B进行测试。请参照下表1及表2，表1为二极管A的标称参数表，表2为二极管B的标称参数表。

表1

由表1，可以看出二极管A的标称VRRM值200V，IF(正向平均整流电流)值20A。

由表2，可以看出二极管B的标称VRRM值200V，IF值20A。

使用上述二极管雪崩击穿能力测试系统100对二极管A和二极管B进行测试发现，二极管A在电压为1.3KV时发生击穿损坏，二极管B在电压为1.8KV时发生击穿损坏，通过对比测试结果，二极管B的雪崩击穿能力优于二极管B。

综上所述，本申请实施例提供一种二极管雪崩击穿能力测试系统，通过电位调节电路输出的调节电压及整流电路的反馈电压控制驱动电路的工作状态，以对整流电路输出电压进行调整，从而实现对施加在待测试二极管的电压的调整。通过上述对施加在待测试二极管的电压的调整，模拟待测试二极管的雪崩击穿过程，依此比对不同待测试二极管的耐雪崩击穿性能。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种二极管雪崩击穿能力测试系统，其特征在于，包括：方波发生电路、电位调节电路、稳压反馈电路、驱动电路、开关电路、整流电路及测试电路；

所述方波发生电路用于产生方波信号；

所述稳压反馈电路包括放大电路，所述放大电路与所述方波发生电路连接，用于将方波信号进行放大；

所述驱动电路与所述放大电路连接，用于对所述方波信号进行再次放大；

所述开关电路与所述驱动电路连接，所述开关电路包括变压器，并通过所述变压器提升输出电压，所述开关电路还包括：第一MOS管和第二MOS管，所述第一MOS管的栅极与所述驱动电路中的第一NPN三极管的发射极连接，所述第一MOS管的源极接地、漏极与所述变压器的初级线圈的一端连接，所述第二MOS管的栅极与所述驱动电路中的第二NPN三极管的发射极连接，所述第二MOS管的源极接地、漏极与所述变压器的初级线圈的另一端连接；

所述整流电路与所述开关电路连接，对输出电压进行整流并放大；

所述测试电路与所述整流电路连接，并通过所述整流电路的输出电压对所述测试电路中的待测试二极管进行雪崩击穿能力测试；

所述电位调节电路包括：稳压器及电位调节器，所述稳压器与所述电位调节器连接，所述电位调节器用于调节所述稳压器的输出电压；

所述稳压反馈电路还包括电压反馈电路，所述电压反馈电路分别与所述电位调节电路、整流电路及驱动电路连接，根据所述电位调节电路的调节电压和所述整流电路的反馈电压控制所述驱动电路的工作状态，以改变所述整流电路的输出电压；

所述电压反馈电路包括第三放大器、第四放大器及电压反馈网络；

所述第三放大器及第四放大器的同相输入端与所述电位调节电路连接，所述第三放大器及第四放大器的反相输入端与所述电压反馈网络连接，所述第三放大器的输出端连接所述第一NPN三极管的栅极，所述第四放大器的输出端连接所述第二NPN三极管的栅极；

所述电压反馈网络包括，第三电阻、第四电阻及第五电阻；

所述第三电阻与所述第五电阻串联在所述第三放大器及第四放大器的反相输入端与所述驱动电路的正极输出端之间；

所述第四电阻一端连接在所述第三电阻与所述第五电阻之间、另一端接地。

2.如权利要求1所述的二极管雪崩击穿能力测试系统，其特征在于，所述放大电路包括第一放大器和第二放大器，所述第一放大器的反相输入端和所述第二放大器的同相输入端与所述方波发生电路的输出端连接，以分别对所述方波发生电路输出的方波信号进行放大，所述第一放大器的输出端和所述第二放大器的输出端分别输出两个相位相反的方波信号。

3.如权利要求2所述的二极管雪崩击穿能力测试系统，其特征在于，所述驱动电路包括第一射极输出电路及第二射极输出电路，所述第一射极输出电路的输入端与所述第一放大器的输出端连接，所述第二射极输出电路的输入端与所述第二放大器的输出端连接，所述第一射极输出电路的输出端及所述第二射极输出电路的输出端与所述开关电路连接。

4.如权利要求3所述的二极管雪崩击穿能力测试系统，其特征在于，所述第一射极输出电路包括第一NPN三极管、第一二极管，第一NPN三极管的基极作为所述第一射极输出电路的输入端，第一NPN三极管的发射极作为所述第一射极输出电路的输出端，所述第一二极管连接在第一NPN三极管的基极与发射极之间，用于加快所述第一NPN三极管的关断速度；

所述第二射极输出电路包括第二NPN三极管、第二二极管，第二NPN三极管的基极作为所述第二射极输出电路的输入端，第二NPN三极管的发射极作为所述第二射极输出电路的输出端，所述第二二极管连接在第二NPN三极管的基极与发射极之间，用于加快所述第二NPN三极管的关断速度。

5.如权利要求4所述的二极管雪崩击穿能力测试系统，其特征在于，所述整流电路包括第三二极管、第四二极管、第一电容及第二电容；

所述第三二极管和第四二极管串联，所述第一电容和第二电容串联，所述第三二极管和第四二极管与所述第一电容和第二电容并联，所述变压器的次级线圈的一端连接在所述第三二极管与第四二极管之间，所述变压器的次级线圈的另一端连接在所述第一电容与第二电容之间。

6.如权利要求5所述的二极管雪崩击穿能力测试系统，其特征在于，所述测试电路包括：直流电压表、测试开关、限流电阻、电流探头及用于连接待测试二极管的测试位点；

所述直流电压表与所述第三二极管和第四二极管并联；

所述测试开关、限流电阻、电流探头及所述测试位点串联后，并联在所述直流电压表的两端。

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