CN111781485A - 二极管检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二极管检测方法及装置。其中，所述方法包括：获取第一功率，其中，所述第一功率基于第一电压和第一电流确定，所述第一电压和所述第一电流分别为二极管在第一导通状态转换至第二截止状态后，所述二极管两端的电压和电流，且所述二极管在瞬时反向电压的作用下进入所述截止状态；获取第二功率，其中，所述第二功率基于第二电压和第二电流确定，所述第二电压和所述第二电流分别为二极管在所述瞬时反向电压消失后的第二导通状态下，所述二极管两端的电压和电流；基于所述第一功率、第一功率阈值、所述第二功率与第二功率阈值确定所述二极管的检测结果。采用本发明，能够比较全面、准确的评价二极管的安全性。

Description

二极管检测方法及装置

技术领域

本发明涉及二极管，尤其涉及一种二极管检测方法及装置。

背景技术

二极管(Diode)，是一种具有不对称电导的双电极电子元件，常用于电路中发挥稳压与改善电路电磁兼容性(Electro Magnetic Compatibility，EMC)等作用。理想的二极管在正向导通时两个电极(阳极和阴极)间拥有零电阻，而反向时则有无穷大电阻。二极管是广泛用于电子电路中的器件，具有体积小，重量轻，寿命长，坚固和不怕震动等优点。二极管在电路中的发挥主要通过其导通状态和截止状态，实现二极管续流、保护等功能。由于在切换的过程中常伴有电流与电压的突变，电流与电压的快速变化会导致器件损坏消耗等情况发生。因而如何测量与评价二极管切换时期的安全状态是实现二极管安全长久利用的重中之重。

在实际的二极管硬件设计中，设计员对二极管的评价标准一般从电压或者电流单方面出发，比如说电压(或者电流)最大值不能超过额定值。但是，采用这种检测方法确定符合要求的二极管，在实际使用中仍然有一些会产生发热严重、反向击穿等问题。所以传统的二极管检测方法效果不理想。

发明内容

本发明的技术方案提供一种二极管检测方法及装置，与现有技术仅从电压或电流的角度评测二极管不同，本发明技术方案从二极管的状态切换以及功率角度对二极管进行评测，能够提高评测结果的客观性和全面性。

根据本发明技术方案的第一方面，提供一种二极管检测方法，包括：

获取第一功率，其中，所述第一功率基于第一电压和第一电流确定，所述第一电压和所述第一电流分别为二极管在第一导通状态转换至第二截止状态后，所述二极管两端的电压和电流，且所述二极管在瞬时反向电压的作用下进入所述截止状态；

获取第二功率，其中，所述第二功率基于第二电压和第二电流确定，所述第二电压和所述第二电流分别为二极管在所述瞬时反向电压消失后的第二导通状态下，所述二极管两端的电压和电流；

基于所述第一功率、第一功率阈值、所述第二功率与第二功率阈值确定所述二极管的检测结果。

根据本发明技术方案的第二方面，提供一种二极管检测装置，包括：

电源；

开关器件，与所述电源串联；

脉冲发生器，用于向所述开关器件输出控制信号以控制所述全控型开关的关断和导通；

电感，串联于所述开关器件和所述电源之间；

二极管连接电路，串联于所述开关器件和所述电源之间，且在连接有二极管时所述二极管与所述电感并联；

电压检测器，用于检测所述二极管两端的电压；

电流检测器，用于检测流经所述二极管的电流；

其中，所述二极管连接电路的正极连接端对应所述电源的负极，负极连接端对应所述电源的正极。

采用本发明提供的技术方案有利于对二极管进行更加客观、全面的评价。

附图说明

图1是根据本发明实施例的一种二极管检测装置的电路图；

图2是根据本发明实施例的一种二极管检测方法的流程示意图；

图3是根据本发明实施例的一种电压电流图；

图4是根据本发明实施例的一种电压电流图；

图5是根据本发明实施例的一种二极管检测装置的模块示意图；

图6是根据本发明实施例的一种电子设备的模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。

在传统的二极管硬件设计中，设计员对二极管的评价标准一般从电压或者电流单方面出发，比如说电压(或者电流)最大值不能超过额定值。发明人发现，这种传统的检测方法检测合格的二极管中，仍然会一定量的二极管在使用中产生发热严重、反向击穿等问题。对此，发明人在研究后认为，二极管在开关状态阶段，常伴有电压值和电流值单独不超过额定值，但是二极管却发生损耗的事情，是由于此时的二极管功率高，可能出现二极管功率超过额定限值进而导致发热严重、反向击穿等等问题。进而，本发明实施例提出一种可用于评定二极管安全程度的方法和装置，其通过考虑了实际使用情况的测试条件，评测切换时间段的电压电流对应关系，来实现对于该条件下的二极管安全程度的等级评测。并且为直观观察二极管的功率关系提供了解决方案。

图1是根据本发明实施例的一种二极管检测装置的电路图，参照图1，所述二极管检测装置包括：电源1、开关器件2、脉冲发生器3、电感4、二极管连接电路5、电压检测器6和电流检测器7。下面进行详细说明。

在本实施例中，开关器件2可以是全控型开关器件，例如快速绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)。当然，用户可根据个人需求选择插入不同开关速度的全控型器件，例如MOSFET等。本发明对此不做限制。

如图1所示，开关器件2与电源1串联。所述电源1优选为电压可调电源，这样，可以根据待测二极管的参数适应性地调整电源电压。例如，将电源1的电压设置为与二极管的反向截止电压等值。脉冲发生器3与开关器件2电连接，用于向开关器件2输出控制信号以控制开关器件2的关断和导通。

电感3串联于开关器件2和电源1之间。二极管连接电路5串联于开关器件2和电源1之间，并且，在二极管连接电路5连接有二极管8时，所述二极管8与所述电感4并联。其中，二极管连接电路5可以是导电插槽，其正极连接端(即用于连接二极管8正极的一端)对应电源1的负极，负极连接端(即用于连接二极管8负极的一端)对应电源1的正极。

电压检测器6(例如电压表)用于检测二极管8两端的电压，电流检测器7(例如电流表)用于检测流经二极管8的电流。

采用本实施例提供的二极管检测装置，通过脉冲发生器3控制开关器件2的关断与导通，并利用开关器件2的关断与导通和电感的充放电，实现二极管8在导通与截止状态间的切换并检测切换时间段的电流电压关系。为后续同时利用电流电压分析二极管8在开关状态阶段的特性(例如，安全性)提供了电路基础。关于具体的检测方法将在下文描述。

可选地，在本实施例的一种实现方式中，脉冲发生器3用于发射第一高电平信号以使所述开关器件2导通。所述第一高电平信号的时间宽度满足：Tn＝In*L/Un。其中，Tn表示所述第一高电平信号的时间宽度，In表示所述二极管8的最大正向导通电流，L表示所述电感的电感量，Un表示所述二极管8的反向截止电压。这样，在第一高电平信号的控制下，开关器件2导通，二极管8处于截止状态(第一截止状态)。此时电路中由于主电源E电压两端无电阻负载，只有电感负载，故电流经过Tn时间期间会以伪线性的速度增加In＝Un*Tn/L，根据公式Tn时间后电流值也达到了预定数值In(待测二极管8的最大正向导通电流)，此时二极管的电流电压环境已到达预设状态。之后第一高电平信号消失，开关器件2关断，二极管8处于导通状态(第一导通状态)。

进一步地，脉冲发生器3还用于发射第二高电平信号以使所述开关器件2导通。这样，使二极管8由前述导通状态突然截止(第二截止状态)，从而电流会骤减至方向相反，电压保持上升，此时的电流和电压会在同一个方向上，导致很巨大的损耗功率。当第二高电平信号结束，二极管8又从截止状态变成导通状态(第二导通状态)。此时二极管两端电压和电流又会在同一方向，导致功率值变大。所述第二高电平信号与所述第一高电平信号之间具有第一时间间隔(间隔大小取决于开关器件2完全关断的时间。例如，大于1微秒而小于5微秒)，在所述第一时间间隔所述开关器件2关断；所述第二高电平信号的时间宽度极短，例如，小于1微秒。

通过上述电路以及脉冲信号控制，使得二极管8产生第一截止状态——第一导通状态——第二截止状态——第二导通状态的状态变化。在变化过程中，可以通过电流检测器7和电压检测器6确定电压值和电流值，进而计算功率值，并根据功率值与额定功率的对比结果确定二极管8的检测结果。

可选地，在本实施例的一种实现方式中，检测装置还包括：数据处理模块，用于获取在第一状态(第二截止状态)下电压检测器6检测到的的第一电压和电流检测器7检测到的第一电流，以及获取在第二状态(第二导通状态)下所述电压检测器检测到的第二电压和所述电流检测器检测到的第二电流；根据所述第一电压、所述第一电流确定第一功率，根据所述第二电压和所述第二电流确定第二功率；根据所述第一功率、所述第二功率、第一功率阈值(反向额定功率)、第二功率阈值(正向额定功率)确定二极管等级。

可选地，在本实施例的其它实现方式中，电压检测器6和电流检测器7可以持续进行检测，而不只是检测第二截止状态和第二导通状态下的电压电流值。

图2是根据本发明一种实施例的二极管检测方法的流程示意图。参照图2，所述方法包括：

200：获取第一功率。所述第一功率基于第一电压和第一电流确定，所述第一电压和所述第一电流分别为二极管在第一导通状态转换至第二截止状态后(如图1所示实施例中提及的第二截止状态)，所述二极管两端的电压和电流，且所述二极管在瞬时反向电压的作用下进入所述截止状态。

可选地，在本实施例的一种实现方式中，使所述二极管在电感电动势的作用下进入所述第一导通状态。所述电感电动势与所述二极管的反向截止电压相等，所述瞬时反向电压与所述二极管的反向截止电压相等。

具体的，可以向电感和所述二极管二者的两端施加与所述反向截止电压等值的初始电压，所述电感和所述二极管并联，且所述二极管处于第一截止状态。这样，在设定时间后撤掉所述初始电压即可使得二极管在电感电动势的作用下导通。其中，Tn＝In*L/Un，Tn表示所述设定时间，In表示所述二极管的最大正向导通电流，L表示所述电感的电感量，Un表示所述反向截止电压。

可选地，自本实施例的一种实现方式中，第一电压和第一电流是连续采集的电压值和电流值，第一功率是基于第一电压和第一电流计算得到的最大功率值，也可以是分别对应于各个电压-电流组合的功率值集合。

202：获取第二功率。所述第二功率基于第二电压和第二电流确定，所述第二电压和所述第二电流分别为二极管在所述瞬时反向电压消失后的第二导通状态(如图1所示实施例中提及的第二导通状态)下，所述二极管两端的电压和电流。

可选地，在本实施例的一种实现方式中，第二电压和第二电流是连续采集的电压值和电流值，第二功率是基于第二电压和第二电流计算得到的最大功率值，也可以是分别对应于各个电压-电流组合的功率值集合。

204：基于所述第一功率、第一功率阈值、所述第二功率与第二功率阈值确定所述二极管的检测结果。所述第一功率阈值为二极管的反向额定功率，所述第二功率阈值为二极管的正向额定功率。

可选地，在本实施例的一种实现方式中，以所述第一功率为所述二极管在所述第二截止状态至所述第二导通状态之间的最大功率，所述第二功率为所述二极管在所述第二导通状态下的最大功率为例，204可以通过以下方式实现：

如果所述第一功率大于所述第一功率阈值或所述第二功率大于所述第二功率阈值，则所述二极管的检测结果为低级。表示二极管的安全等级较低。

如果所述第一功率与所述第一功率阈值的比例不大于1且大于第一设定值，或所述第二功率与所述二功率阈值的比例不大于1且大于第二设定值，则所述二极管的检测结果为中级。例如，第一功率和第二功率中的任意一者大于额定功率的90％且不超过额定功率，则二极管安全等级为中，表示二极管有一定的危险性，可能会由于电路波动而导致损耗。

如果所述第一功率与所述第一功率阈值的比例小于所述第一设定值且所述第二功率与所述第二功率阈值的比例小于所述第二设定值，则上述二极管的检测结果为高级。例如，如果第一功率和第二功率都小于对应额定功率的90％，则二极管的安全等级为高。其中，第一设定值和第二设定值可以相同也可以不同，本发明实施例不做具体限制。

采用本实施例提供的方法，对截止-导通切换状态下二极管的电压电流的同时进行检测，不仅能够保障评测过程中二极管导通截止环境的一致性，还能够基于功率值对二极管进行安全评测，评测结果更适用于实际使用环境且更加客观。

可选地，在本实施例的一种实现方式中，所述方法还包括：根据所述第一电压、所述第二电压、所述第一电流、所述第二电流生成电压电流图，并在图中标注出二极管截止和导通状态下对应的功率值最大的2个点M1、M2，如图3所示。

可选地，在本实施例的一种实现方式中，所述方法还包括：根据所述第一电压、所述第二电压、所述第一电流、所述第二电流、所述第一功率阈值和所述第二功率阈值生成电压电流图。如图4所示，为根据本发明一种实施例的电压电流图。

如图4所示，基于电压表与电流表持续采集的数值，以时间变量作为中间值，搭建横坐标为二极管两端的电压值Vf、纵坐标为流过二极管的电流值If的VFIF(电压电流)图。同时，该电压电流图还可以包括表示反向额定功率的第一反向功率曲线(如图3中右上方反曲线)和表示正向额定功率的第一正向功率曲线(如图3中左下方反曲线)。

在本实现方式中可以自动计算二极管截止和导通状态下对应的功率值最大的2个点M1、M2并在VFIF图中显示。

通过本实现方式提供的VFIF图，可以直观地呈现出二极管在什么时间处于高功率危险状态。只要二极管曲线存在于额定功率曲线与X轴Y轴交叉区域以内，就属于在安全区域(对应于二极管的安全等级为中级或高级)

进一步地，假设中安全等级和高安全等级的分界线为额定功率的90％，那么还可以在VFIF图中画出对应于额定功率的90％的第二反向功率曲线和第二正向功率曲线。这样，通过VFIF图可以直观地确认二极管的低、中、高安全等级。并且，在本实现方式中，除了输出二极管评级结果，亦可帮助工程师通过VFIF图对二极管的EMC特性进行评测，把控二极管的整体安全程度。

图5是根据本发明一种实施例的二极管检测装置的模块示意图。参照图5，该装置包括:

电源模块，用于为二极管检测提供电源。

输入模块：用于供用户操作以输入待测二极管的反向截止电压和最大正向导通电流。该输入模块可以是键盘、显示屏等，本实施例以显示屏为例。

控制模块，用于设定电源模块的电压。例如，根据输入模块输入的二极管反向截止电压将电压模块电源设置为与其等值。

测量模块，用于发出脉冲信号至开关器件54以控制待测二极管的导通与截止；获取测量结果(电压电流值)并进行数据处理(如前所述的功率计算、对比等)。

输出模块，用于输出测量模块的测量结果。例如，输出高级、中级、低级的评测结果，或者输出VFIF图。在本实施例中，输出模块同样以显示屏为例。

二极管模块，包括用于接入待测二极管的二极管插槽和与待测二极管并联的电感(未图示)。

在本实施例中，关于各个模块之间的更具体的电连接关系以及单个模块(例如，测量模块53)的数据处理逻辑，请参照图1～图4所示实施例中的详细描述，此处不再赘述。

基于图2或图5所示的装置或类似装置进行二极管检测的一种具体方法如下：

明确二极管需要在什么样的条件下进行评测，主要是根据自己的实际需求或者是二极管给出的数据手册来选择，明确二极管的反向截止电压Un、正向导通的最大电流In。

二极管插入二极管插槽，通过输入模块(例如，显示屏)设置期望的二极管两端的电压Un和流过正向二极管的电流表的电流In。这样，控制模块会根据上述输入，设置电源模块的电源电压为Un，设置脉冲发生装置的高电平时长为Tn。Tn可以通过公式Tn＝In*L/Un算出，L表示电感的电感量。

通过打开装置开关开始测试。装置自动提取不同时间段中，通过电流表和电压表获取的值的最高乘积P1、P2。

如果P1或P2超过对应的额定功率，则二极管的安全程度为低。

如果P1和P2均低于对应的额定功率，则生成VFIF图。

在VFIF图中绘制/生成对应于额定功率的曲线，对比P1、P2和对应曲线的大小关系。

如果每个电压-电流点都小于x％的额定功率系数,则二极管安全程度为高，反之为中。其中，x可以根据需要设置，例如，取为90。

进一步地，本发明一种实施例还提供一种电子设备，该电子设备用于进行二极管检测处理。如图6所示，该电子设备至少包括处理器和存储器，还可以根据实际需要进一步包括通信组件、传感器组件、电源组件、多媒体组件及输入/输出接口。其中，存储器、通信组件、传感器组件、电源组件、多媒体组件及输入/输出接口均与该处理器连接。存储器可以是静态随机存取存储器(SRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、可编程只读存储器(PROM)、只读存储器(ROM)、磁存储器、快闪存储器等，处理器可以是中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、现场可编程逻辑门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理(DSP)芯片等。其它通信组件、传感器组件、电源组件、多媒体组件等均可以采用通用部件实现，在此就不具体说明了。

在本发明的一种实施例中，处理器从存储器中调用并执行计算机指令从而实现以下操作：

获取第一功率，其中，所述第一功率基于第一电压和第一电流确定，所述第一电压和所述第一电流分别为二极管在第一导通状态转换至第二截止状态后，所述二极管两端的电压和电流，且所述二极管在瞬时反向电压的作用下进入所述截止状态；

获取第二功率，其中，所述第二功率基于第二电压和第二电流确定，所述第二电压和所述第二电流分别为二极管在所述瞬时反向电压消失后的第二导通状态下，所述二极管两端的电压和电流；

基于所述第一功率、第一功率阈值、所述第二功率与第二功率阈值确定所述二极管的检测结果。

当然，在本发明实施例的其它实现方式中，还可以实现以下操作：获取所述第一电压、第二电压、第一电流和第二电流，控制脉冲发生器的脉冲信号等。具体的，请参照图2所示方法实施例中的描述，此处不再赘述。

上面对本发明所提供的二极管检测方法、装置进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (10)

1.一种二极管检测方法，其特征在于，所述方法包括：

获取第一功率，其中，所述第一功率基于第一电压和第一电流确定，所述第一电压和所述第一电流分别为二极管在第一导通状态转换至第二截止状态后，所述二极管两端的电压和电流，且所述二极管在瞬时反向电压的作用下进入所述截止状态；

获取第二功率，其中，所述第二功率基于第二电压和第二电流确定，所述第二电压和所述第二电流分别为二极管在所述瞬时反向电压消失后的第二导通状态下，所述二极管两端的电压和电流；

基于所述第一功率、第一功率阈值、所述第二功率与第二功率阈值确定所述二极管的检测结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

使得所述二极管在电感电动势的作用下进入所述第一导通状态；

所述电感电动势与所述二极管的反向截止电压相等，所述瞬时反向电压与所述二极管的反向截止电压相等。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使得所述二极管在电感电动势的作用下进入所述第一导通状态,包括：

向电感和所述二极管二者的两端施加与所述反向截止电压等值的初始电压，所述电感和所述二极管并联，且所述二极管处于第一截止状态；

在设定时间后撤掉所述初始电压，其中，Tn＝In*L/Un，Tn表示所述设定时间，In表示所述二极管的最大正向导通电流，L表示所述电感的电感量，Un表示所述反向截止电压。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，

所述第一功率为所述二极管在所述第二截止状态至所述第二导通状态之间的最大功率；

所述第二功率为所述二极管在所述第二导通状态下的最大功率；

所述基于所述第一功率、第一功率阈值、所述第二功率与第二功率阈值确定所述二极管的检测结果，包括：

如果所述第一功率大于所述第一功率阈值或所述第二功率大于所述第二功率阈值，则所述二极管的检测结果为低级，

如果所述第一功率与所述第一功率阈值的比例不大于1且大于第一设定值，或所述第二功率与所述二功率阈值的比例不大于1且大于第二设定值，则所述二极管的检测结果为中级，

如果所述第一功率与所述第一功率阈值的比例小于所述第一设定值且所述第二功率与所述第二功率阈值的比例小于所述第二设定值，则上述二极管的检测结果为高级。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，

所述第一电压、所述第二电压、所述第一电流和所述第二电流为随时间采集到的数值集合；

所述方法还包括：

根据所述第一电压、所述第二电压、所述第一电流、所述第二电流、所述第一功率阈值和所述第二功率阈值生成电压电流图，其中，所述电压电流图中包括反应所述第一功率的功率曲线和反映所述第二功率的功率曲线。

6.一种二极管检测装置，其特征在于，所述装置包括：

电源；

开关器件，与所述电源串联；

脉冲发生器，用于向所述开关器件输出控制信号以控制所述全控型开关的关断和导通；

电感，串联于所述开关器件和所述电源之间；

二极管连接电路，串联于所述开关器件和所述电源之间，且在连接有二极管时所述二极管与所述电感并联；

电压检测器，用于检测所述二极管两端的电压；

电流检测器，用于检测流经所述二极管的电流；

其中，所述二极管连接电路的正极连接端对应所述电源的负极，负极连接端对应所述电源的正极。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电源的电压设置为与所述二极管的反向截止电压等值。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述脉冲发生器用于发射第一高电平信号以使所述开关器件导通；

所述第一高电平信号的时间宽度满足：Tn＝In*L/Un，Tn表示所述第一高电平信号的时间宽度，In表示所述二极管的最大正向导通电流，L表示所述电感的电感量，Un表示所述反向截止电压。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述脉冲发生器还用于发射第二高电平信号以使所述开关器件导通；

所述第二高电平信号与所述第一高电平信号之间具有第一时间间隔，在所述第一时间间隔所述开关器件断开；

所述第二高电平信号的时间宽度小于1微秒。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括数据处理模块，用于：

获取在第一状态下所述电压检测器检测到的第一电压和所述电流检测器检测到的第一电流，以及获取在第二状态下所述电压检测器检测到的第二电压和所述电流检测器检测到的第二电流；

根据所述第一电压、所述第一电流确定第一功率，根据所述第二电压和所述第二电流确定第二功率；

根据所述第一功率、所述第二功率、第一功率阈值、第二功率阈值确定二极管等级。

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