CN112986780B - 一种功率二极管热循环老化试验系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种功率二极管热循环老化试验系统及方法，包括老化测量电路、AC电源、DC电源、控制器、上位机、采样板卡和温度传感器；老化测量电路包括三种电路结构，分别用于老化和测量；在老化过程中，交流电源为被测二极管注入功率，使被测二极管同时处于热应力和电应力的条件下；在反向参数测量时，直流电源为被测二极管提供反向偏置电压。有益效果：自动进行老化试验和参数测量，降低了操作员的劳动强度，提高了测量效率，避免引入人为错误。通过开关切换，无需将被测二极管转移，在测量电路状态下，可以自动测量并记录被测二极管在高温下的反向电流，减少了操作员的工作量。
Description
技术领域
本发明属于功率二极管测量的方法，涉及一种功率二极管热循环老化试验系统及方法，具体涉及一种功率二极管热循环老化试验新方法，包含自动老化试验平台、二极管正向参数和反向参数测量方法。
背景技术
随着半导体器件的普及，二极管、晶体管和场效应管等半导体器件的使用越来越广泛，国防装备中的电子半导体设备越来越复杂，元器件也越来越多，这导致半导体设备对器件的可靠性要求逐步提高。功率二极管的老化试验可以用于分析器件的老化失效模式和机理，有助于提高其可靠性；同时，国防电子设备系统的健康管理也需要研究关键器件的老化特征，以便分析系统的退化趋势、评估系统的健康状态，到达提高系统可靠性和可维护性的目标。
对于半导体器件的老化试验平台，美国国家航空航天局Ames研究中心的研究人员针对功率MOS管设计了一款加速老化试验系统，文献：Celaya,J.R.,N.Patil,S.Saha,P.Wysocki,et al.“Towards Accelerated Aging Methodologies and HealthManagement of Power MOSFETs(Technical Brief)”.in Annual Conference of thePrognostics and Health Management Society 2009.2009；该系统设置了两种不同的热应力和电应力条件，在这两种试验条件下，被测功率MOS管出现了两种不同的失效模式，同时，该研究还在线测量(in-situ measurement)了被测功率MOS管的导通电阻老化曲线，并将导通电阻作为被测MOS管的退化指标。对于功率二极管来说，其老化试验和MOS管类似，也是向其施加热应力和电应力。中国机械行业标准JB/T 7624-2013《整流二极管测试方法》，文献：蔚红旗、吴拥军等.JB/T 7624-2013,整流二极管测试方法[S].北京:机械工业出版社,2014.；给出了二极管的热循环负载试验的老化电路图，如图1所示，其中，开关S控制被测二极管温度的上升下降。在被测二极管热循环负载试验中，试验电流和被测器件温度变化曲线如图2所示，在温度上升阶段，被测二极管处于半波整流状态。
杨超.600V碳化硅结势垒肖特基二极管电学应力下的退化机理及模型研究[D].2014.和Yoshida T,Kawahara H,Ogawa,Shin-ichi.A new mechanism for degradationof Al-Si-Cu/TiN/Ti contacted p-n junction[C]//International ReliabilityPhysics Symposium.IEEE Xplore,1992.两篇二极管老化相关研究表明，在二极管老化过程中，其正向参数中的正向电压和反向参数中的反向电流发生变化，这两个参数也是二极管的关键参数，直接影响二极管的正向和反向特性。行业标准[2]中给出了二极管正向电压和反向电流的测量电路，但正向和反向参数测量电路与热循环老化试验电路的拓扑结构并不相同，故被测二极管在热循环老化过程中不能直接进行相关参数的在线测量。一般需要在器件老化完成后，将器件卸下转移至测量电路中进行参数测量，这无疑将增加操作员的工作量。
文献“专利号是ZL200720122630.1中国实用新型专利”提出了一种二极管寿命测试仪和寿命测试方法，该测试仪包含温度试验箱、电源提供模块、负载、电性能采集模块和主控装置。由温度试验箱为被测二极管提供加速老化环境，电性能采集模块采集被测二极管在通有电源时的反馈电信号并输出至主控装置，主控装置接收、分析反馈电信号以得出测试结果，如果判断被测二极管未失效，则重复老化过程直至被测二极管失效。文献“专利申请号是201220286469.2中国实用新型专利”也提出了一种二极管电压老化试验台和高温老化方法，该试验台包括若干组二极管连接柱、交流增压仪、开关和烤箱，通过交流增压仪将交流电源的电压提高，对试验台上的被测二极管进行高压老化，同时可以将烤箱加热至所需高温值，对被测二极管进行高温老化。专利号是ZL200720122630.1中提出的二极管寿命测试仪和测试方法对被测二极管所施加的热应力是由外部的温度试验箱产生，且无法同时对被测二极管施加电应力；在被测二极管热应力老化结束后，上述测试仪只能测量被测二极管的正向参数，其反向电流无法准确测量。专利号201220286469.2中提出的老化试验台虽然可以对被测二极管同时施加热应力和电应力，但其并不能实现二极管热循环老化试验的自动控制，而且上述试验台也不能进行被测二极管反向参数的测量。二极管特性参数会受到温度的影响，而现阶段二极管特性参数的测量通常在常温下进行，获取二极管在高温状态下的特性参数需要将二极管置于外部高温箱中，导致参数测量困难、电路结构复杂。为了更加便捷有效地实现二极管的老化和参数测量，有必要设计一种改进的老化试验方法
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种功率二极管热循环老化试验系统及方法，能够自动对被测二极管进行热应力和电应力热循环老化并能够便捷地测量被测二极管正向和反向参数的功率二极管热循环老化试验的系统和方法。
技术方案
一种功率二极管热循环老化试验系统，其特征在于包括老化测量电路、AC电源、DC电源、控制器、上位机、采样板卡和温度传感器；所述老化测量电路包括四个继电器开关SW1、SW2、SW3和SW4、空气开关和空气开关，电阻R1、电阻R2和精密采样电阻R3，二极管VD2，被测二极管VD1；二极管VD2串联SW2开关，被测二极管VD1串联电阻R3与SW3开关的并联电路，两个串联电路并联后，通过第一空气开关连接AC电源，通过第二空气开关连接DC电源，其中：AC电源的一端通过SW1开关连接二极管VD2负端，另一端通过电阻R1连接SW2开关；DC电源的负端通过电阻R2连接二极管VD2正端，DC电源的正端通过SW4开关连接电阻R3和SW3开关；控制器的四个控制信号线C1、C2、C3和C4分别连接四个开关SW1、SW2、SW3和SW4，采样控制信号线连接采样板卡，并与上位机相连；温度传感器测量被测二极管VD1，并将温度信号线连接至控制器和采样板卡；采样板卡与上位机相连；所述老化测量电路可以切换成三种电路结构：1、老化电路：当第一空气开关闭合，第二空气开关断开，开关SW2断开，开关SW3闭合，开关SW4断开，输入交流电源，开关SW1用于控制被测二极管VD1的温升和温降；2、正向参数测量电路：第一空气开关闭合，第二空气开关断开，开关SW2闭合，开关SW3闭合，开关SW4断开，输入交流电源，开关SW1用于控制被测二极管VD1的温升和温降；3、反向参数测量电路：第一空气开关断开，第二空气开关闭合，开关SW1断开，开关SW2断开，开关SW3断开、开关SW4闭合，给被测二极管VD1施加反向直流电源。
一种利用所述功率二极管热循环老化试验系统实现功率二极管热循环老化任务的方法，其特征在于步骤如下：
步骤a1：在上位机设定热循环老化试验的上下限温度、热循环次数、保护温度等参数，通过控制器的四个控制信号线C1、C2、C3和C4分别控制四个开关SW1、SW2、SW3和SW4，在上位机中运行继电器开关测试功能，确保电路中四个继电器开关SW1、SW2、SW3和SW4能够正常工作；
步骤a2：首先手动闭合第一空气开关，第二断开空气开关2，在上位机发出指令使得控制器输出控制信号C2的断开指令使开关SW2断开，输出控制信号C3的闭合指令使开关SW3闭合，输出控制信号C4的断开指令使开关SW4断开，开关SW1初始状态为断开状态，此时，所述老化测量电路已经切换至老化电路状态：被测二极管VD1、电阻R1、开关SW1和AC电源串联；
步骤a3：开始热循环老化任务，控制信号C1的闭合指令使开关SW1闭合，流经被测二极管VD1的电流使得VD1温度开始上升；当温度传感器所测量的被测二极管VD1的温度升至设定的温度上限值时，控制信号C1的断开指令使开关SW1断开，被测二极管VD1的温度开始下降；
步骤a4：当被测二极管VD1的温度降至设定的温度下限值时，控制信号C1的闭合指令使开关SW1再次闭合，被测二极管VD1的温度开始上升，完成一次热循环；
按照用户设定的热循环次数N，重复本步骤，直至热循环次数到达N次后，热循环老化试验停止。
一种利用所述功率二极管热循环老化试验系统实现功率二极管正向参数测量任务的方法，其特征在于步骤如下：
步骤b1：在上位机设定正向参数测量的上下限温度、死区时间、保护温度等参数，通过控制器的四个控制信号线C1、C2、C3和C4分别控制四个开关SW1、SW2、SW3和SW4；
步骤b2：首先手动闭合第一空气开关，断开第二空气开关，开始正向参数测量任务，在上位机发出指令使得控制器输出控制信号C2的闭合指令使开关SW2闭合，输出控制信号C3的闭合指令使开关SW3闭合，输出控制信号C4的断开指令使开关SW4断开，控制信号C1的闭合指令使开关SW1闭合，流经被测二极管VD1的电流使得VD1温度开始上升，此时，所述老化测量电路已经切换至正向参数测量电路状态：被测二极管VD1与二极管VD2反向并联，再与电阻R1、开关SW1和AC电源串联；
步骤b3：当温度传感器所测量的被测二极管VD1的温度升至设定的温度下限值时，采样板卡开始测量并记录处于升温过程的被测二极管VD1的正向电压波形；
步骤b4：当温度传感器所测量的被测二极管VD1的温度升至设定的温度上限值时，采样板卡停止测量，结束正向电压波形数据的记录，控制信号C1的断开指令使开关SW1断开，被测二极管VD1的温度开始下降；
在正向参数测量任务中，被测二极管VD1只会出现一次升温和降温，即一次热循环。
一种利用所述功率二极管热循环老化试验系统实现功率二极管反向参数测量任务的方法，其特征在于步骤如下：
步骤c1：在上位机设定反向参数测量的上下限温度、死区时间、保护温度等参数，通过控制器的四个控制信号线C1、C2、C3和C4分别控制四个开关SW1、SW2、SW3和SW4；
步骤c2：首先手动闭合第一空气开关，第二闭合空气开关，开始反向参数测量任务，在上位机发出指令使得控制器输出控制信号C2的闭合指令使开关SW2闭合，输出控制信号C3的闭合指令使开关SW3闭合，输出控制信号C4的断开指令使开关SW4断开，控制信号C1的闭合指令使开关SW1闭合，流经被测二极管VD1的电流使得VD1温度开始上升，此时，所述老化测量电路已经切换至正向参数测量电路状态：被测二极管VD1与二极管VD2反向并联，再与电阻R1、开关SW1和AC电源串联；
步骤c3：当温度传感器所测量的被测二极管VD1的温度升至设定的温度上限值时，控制信号C1的断开指令使开关SW1断开，控制信号C2的断开指令使开关SW2断开，控制信号C3的断开指令使开关SW3断开，控制信号C4的闭合指令使开关SW4闭合，此时，所述老化测量电路已经从正向参数测量电路状态切换至反向参数测量电路状态：被测二极管VD1与精密采样电阻R3、电阻R2、DC电源串联，被测二极管VD1处于反向偏置状态，温度开始下降，采样板卡开始测量并记录处于降温过程的被测二极管VD1的反向电流波形；
步骤c4：当温度传感器所测量的被测二极管VD1的温度降至设定的温度下限值时，采样板卡停止测量，结束反向电流波形数据的记录，控制信号C4的断开指令使开关SW4断开；
在反向参数测量任务中，被测二极管VD1只会出现一次升温和降温，即一次热循环。
所述上位机中设置保护温度，当温度传感器所测量的被测二极管VD1的温度上升直至达到保护温度值时，过温保护启动，控制信号C1的断开指令使开关SW1断开，热循环老化任务、正向和反向参数测量任务立即停止。
所述上位机中设置开关之间的死区时间，当老化测量电路切换至正向参数测量电路状态时，开关SW3第一个闭合，然后开关SW2闭合，最后SW1闭合，SW4一直保持断开，各开关动作之间的时间间隔为死区时间；当老化测量电路从正向参数测量电路状态切换至反向参数测量电路状态时，开关SW1第一个断开，接着SW2再断开，然后SW3再断开，SW4最后再闭合，各开关动作之间的时间间隔为死区时间。
有益效果
本发明提出的一种功率二极管热循环老化试验系统及方法，包括自动老化试验平台、二极管正向和反向参数测量方法。自动老化试验平台由老化测量电路、外部电源、控制器、上位机、采样板卡、温度传感器组成；老化测量电路包含四个继电器开关，这四个开关用于切换电路结构，由控制器控制，老化测量电路包括三种电路结构，分别用于老化和测量；外部电源包括直流电源和交流电源，在老化过程中，交流电源为被测二极管注入功率，使被测二极管同时处于热应力和电应力的条件下；在反向参数测量时，直流电源为被测二极管提供反向偏置电压。控制器根据被测二极管温度自动控制热循环老化过程和数据采集过程，控制器还控制老化测量电路结构的切换；上位机为计算机，用于设置试验和采样参数、显示温度波形和记录存储数据，并与控制器和采集板卡进行数据通信；采集板卡在正向和反向参数测量阶段将高温情况下采集的正向电压、反向电流和温度等信号传输至上位机并以文本数据格式存储至上位机；温度传感器用于测量被测二极管的温度，并将温度信号传输至控制器和采集板卡。
本发明与现有技术对比的有益效果是：
1.本发明的功率二极管热循环老化试验新方法可以对不同类型的被测二极管进行热循环老化试验，可以对被测二极管同时施加热应力和电应力；
2.本发明的功率二极管热循环老化试验新方法可以自动进行老化试验和参数测量，降低了操作员的劳动强度，提高了测量效率，避免引入人为错误。
3.本发明的功率二极管热循环老化试验新方法将老化电路和测量电路整合，可以通过开关切换，无需将被测二极管转移，在测量电路状态下，可以自动测量并记录被测二极管在高温下的反向电流，减少了操作员的工作量。
附图说明
图1为二极管热循环负载试验电路；
图2为热循环负载试验电流和被测器件温度变化曲线；
图3为本发明具体实施方式的结构示意图；
图4为本发明的老化测量电路及其三种电路结构状态示意图；
图5为本发明的热循环老化任务程序流程图；
图6为本发明的正向参数测量任务程序流程图；
图7为本发明的反向参数测量任务程序流程图；
图8为本发明具体实施方式的技术方案基本流程示意图；
图9为处理后的某型号功率二极管的正向电压和反向电流结果。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
文献朱宝成.玻璃封装二极管短路失效的原因分析[J].电子质量,1999(12):23-24，对于功率二极管，短路是其较为常见的故障(失效)模式，其短路的原因有：大电流引起PN结发生击穿烧毁；热电击穿失效；金属焊料融化形成通路。在功率二极管失效之前，其正向电压和反向电流因为接触界面扩散层结晶度、正离子扩散和漂移区退化等因素将会发生变化，见文献：Yoshida T,Kawahara H,Ogawa,Shin-ichi.A new mechanism fordegradation of Al-Si-Cu/TiN/Ti contacted p-n junction[C]//InternationalReliability Physics Symposium.IEEE Xplore,1992.；Van Brunt E,Barbieri T,Barkley A,et al.Surge current failure mechanisms in 4H-SiC JBS rectifiers[J].2018:415-418.；Maset E,Sanchis-Kilders E,Ejea J B,et al.Accelerated Life Testfor SiC Schottky Blocking Diodes in High-Temperature Environment[J].IEEETransactions on Device&Materials Reliability,2009,9(4):557-562.。根据上述情况，本发明提出了一种功率二极管热循环老化试验新方法，用于实施功率二极管的老化试验和特性参数的测量，为研究功率二极管的失效机理和故障预测建立基础。
如图3所示的自动老化试验平台结构，包括老化测量电路1、外部电源2、控制器3、上位机4、采样板卡5和温度传感器6。被测二极管VD1位于所述老化测量电路1当中，所述老化测量电路1中的四个开关SW1、SW2、SW3和SW4的控制信号分别为C1、C2、C3和C4。所述上位机4为计算机。所述外部电源2包括交流电源和直流电源，两者都与所述老化测量电路1相连。所述控制器3和所述温度传感器6、所述老化测量电路1、所述采样板卡5、所述上位机4相连，所述控制器3输出控制信号C1、C2、C3和C4控制所述老化测量电路1中的四个开关SW1-SW4。所述温度传感器6采集被测二极管VD1的温度。所述采样板卡5主要采集被测二极管VD1的正向电压、反向电流、外壳温度等波形数据，也可以根据用户需求增加其他采集数据，所述采样板卡5的数据采集动作受到所述控制器3中自动程序输出的采样控制信号的控制。所述上位机4与所述控制器3、所述采样板卡5之间可以互相通信，所述上位机4可以由用户自定义老化试验参数(热循环上下限温度、热循环次数、保护温度等)、数据采样参数(采样率、接线形式、倍率等)，支持参数实时修改、热循环老化试验自动进行，提高了二极管老化试验的灵活性和便捷性。所述上位机4也可以将所述采样板卡5采集的电压电流信号数据进行记录存储，并用于数据分析和结果呈现。
图3中所述老化测量电路1中还包括二极管VD2，二极管VD2与被测二极管VD1反向并联，在所述老化测量电路1处于正向参数测量电路状态时，二极管VD2用于抑制被测二极管VD1两端的负半波电压，使得被测二极管VD1两端的电压值不超过所述采样板卡5的输入量程范围。所述老化测量电路1中还包括电阻R1、电阻R2和电阻R3，电阻R3为精密采样电阻，用于测量被测二极管VD1的反向电流；电阻R1为限流电阻，限制流过被测二极管VD1的电流；电阻R2为保护电阻，限制特殊情况下所述外部电源2的输出电流。图4给出了图3中所述老化测量电路1存在的三种电路结构状态：(a)老化电路状态；(b)正向参数测量电路状态；(c)反向参数测量电路状态。上述三种电路状态切换利用所述老化测量电路1中的继电器开关SW1、开关SW2、开关SW3、开关SW4和空气开关1、空气开关2实现。在老化电路状态时，空气开关1闭合，空气开关2断开，开关SW2断开，开关SW3闭合，开关SW4断开，输入交流电源，开关SW1用于控制被测二极管VD1的温升和温降；在正向参数测量电路状态时，空气开关1闭合，空气开关2断开，开关SW2闭合，开关SW3闭合，开关SW4断开，输入交流电源，开关SW1用于控制被测二极管VD1的温升和温降；在反向参数测量电路状态时，空气开关1断开，空气开关2闭合，开关SW1断开，开关SW2断开，开关SW3断开、开关SW4闭合，给被测二极管VD1施加反向直流电源。四个继电器开关SW1、SW2、SW3和SW4由所述控制器3中的程序自动控制。
图5、图6和图7给出了图3中所述控制器3内部自动控制程序的逻辑流程图，包括三个程序流程：(a)热循环老化任务程序流程；(b)正向参数测量任务程序流程；(c)反向参数测量任务程序流程。图3中所述温度传感器6采集的被测二极管VD1的温度作为所述控制器3的输入信号。
如图5所示，对于热循环老化任务程序，所述老化测量电路1处于图4中的老化电路状态。在热循环老化试验初始状态下，开关SW1闭合，流经被测二极管VD1的电流使得其温度开始上升；当被测二极管VD1的温度升至用户设定的温度上限值时，开关SW1断开，被测二极管VD1的温度开始下降；当被测二极管VD1的温度降至用户设定的温度下限值时，开关SW1再次闭合，被测二极管VD1的温度开始上升。被测二极管VD1的温度一次上升(加热时间)和一次下降(冷却时间)被称为一次热循环，正如图2的温度曲线所示。热循环老化任务需要进行用户设定的N次热循环，即当被测二极管VD1的热循环次数到达用户设定循环次数N时，开关SW1保持断开，热循环老化试验停止。
如图6所示，对于正向参数测量任务程序，所述老化测量电路1处于图4中的正向参数测量电路状态。在初始状态下，开关SW1闭合，流经被测二极管VD1的电流使得其温度开始上升，图3中所述采样板卡5会自动测量并记录处于升温过程的被测二极管VD1的正向电压波形；当被测二极管VD1的温度升至用户设定的温度上限值时，开关SW1断开，被测二极管VD1的温度开始下降。可见，正向参数测量任务只进行一次热循环。
如图7所示，对于反向参数测量任务程序，首先，所述老化测量电路1处于图4中的正向参数测量电路状态。在初始状态下，开关SW1闭合，流经被测二极管VD1的电流使得其温度开始上升；当被测二极管VD1的温度升至用户设定的温度上限值时，所述老化测量电路1从正向参数测量电路状态切换至图4中的反向参数测量电路状态，此时，直流电源被接入，被测二极管VD1处于反向偏置状态，其温度也开始下降，图3中所述采样板卡5会自动测量并记录处于降温过程的被测二极管VD1的反向电流波形。可见，反向参数测量任务也只进行一次热循环。
图3中所述上位机4中可以设置老化试验的保护温度，即：当被测二极管VD1出现热失控或者控制程序出现错误导致被测二极管VD1的温度持续上升直至达到保护温度值时，开关SW1自动断开，防止出现危险情况。所述上位机4的用户交互界面还可以设置开关之间的死区时间，并且具有继电器开关正常工作测试功能。空气开关1和空气开关2在试验进行时才会闭合。上述设计都增强了本发明的功率二极管热循环老化试验新方法的安全性。
上述自动老化试验平台的设计使用方法包括如下步骤，见图8：
步骤S101：准备好被测二极管VD1，在上位机4运行继电器开关正常工作测试功能，确保老化测量电路1中所有继电器开关能够正常工作。
步骤S102：闭合空气开关1，空气开关2保持断开。此时，老化测量电路1处于老化电路状态。在上位机4完成热循环上下限温度、热循环次数、保护温度，开关死区时间参数的设置。例如，所述热循环上下限温度可为130℃和40℃，所述热循环次数可为100，所述保护温度可为150℃，所述开关死区时间可为100ms。完成设置后，启动被测二极管VD1的热循环老化任务。
步骤S103：被测二极管VD1热循环老化任务结束后，在上位机4完成通道名称、采样率、接线形式、倍率参数的设置，例如，所述采样率可为100k，所述接线形式可为差分，之后启动采样程序。接着在上位机4启动正向参数测量任务，在正向参数测量任务中，被测二极管VD1只会出现一次升温和降温，即一次热循环。经过一系列继电器开关的自动控制后，老化测量电路1从老化电路状态切换至正向参数测量电路状态。在被测二极管VD1温度上升的过程中，控制器3将自动控制采样板卡5对被测二极管VD1的正向电压波形进行采集和记录。
步骤S104：被测二极管VD1的正向参数测量任务结束后，闭合空气开关1和空气开关2。在上位机4完成通道名称、采样率、接线形式、倍率参数的设置，之后再次启动采样程序。接着在上位机4启动反向参数测量任务，在反向参数测量任务中，被测二极管VD1也只会出现一次升温和降温，即一次热循环。经过一系列继电器开关的自动控制后，老化测量电路1从正向参数测量电路状态切换至反向参数测量电路状态。在被测二极管VD1温度下降的过程中，控制器3将自动控制采样板卡5对被测二极管VD1的反向电流波形进行采集和记录，即采集精密采样电阻R3上的电压信号。
步骤S105：在上位机4中分析此时被测二极管VD1正向和反向特性参数的变化，如果判断被测二极管VD1此时尚未失效，则返回步骤S102继续对被测二极管VD1进行热循环老化试验。
本发明的功率二极管热循环老化试验新方法通过上述步骤可以自动进行各类型功率二极管的老化试验和器件关键特性参数的数据采集、显示和记录任务，所采集的正向电压和反向电流数据见图9。
Claims (6)
1.一种功率二极管热循环老化试验系统，其特征在于包括老化测量电路、AC电源、DC电源、控制器、上位机、采样板卡和温度传感器；所述老化测量电路包括四个继电器开关SW1、SW2、SW3和SW4、空气开关和空气开关，电阻R1、电阻R2和精密采样电阻R3，二极管VD2，被测二极管VD1；二极管VD2串联SW2开关，被测二极管VD1串联电阻R3与SW3开关的并联电路，两个串联电路并联后，通过第一空气开关连接AC电源，通过第二空气开关连接DC电源，其中：AC电源的一端通过SW1开关连接二极管VD2负端，另一端通过电阻R1连接SW2开关；DC电源的负端通过电阻R2连接二极管VD2正端，DC电源的正端通过SW4开关连接电阻R3和SW3开关；控制器的四个控制信号线C1、C2、C3和C4分别连接四个开关SW1、SW2、SW3和SW4，采样控制信号线连接采样板卡，并与上位机相连；温度传感器测量被测二极管VD1，并将温度信号线连接至控制器和采样板卡；采样板卡与上位机相连；所述老化测量电路可以切换成三种电路结构：1、老化电路：当第一空气开关闭合，第二空气开关断开，开关SW2断开，开关SW3闭合，开关SW4断开，输入交流电源，开关SW1用于控制被测二极管VD1的温升和温降；2、正向参数测量电路：第一空气开关闭合，第二空气开关断开，开关SW2闭合，开关SW3闭合，开关SW4断开，输入交流电源，开关SW1用于控制被测二极管VD1的温升和温降；3、反向参数测量电路：第一空气开关断开，第二空气开关闭合，开关SW1断开，开关SW2断开，开关SW3断开、开关SW4闭合，给被测二极管VD1施加反向直流电源。
2.一种利用权利要求1所述功率二极管热循环老化试验系统实现功率二极管热循环老化任务的方法，其特征在于步骤如下：
步骤a1：在上位机设定热循环老化试验的上下限温度、热循环次数、保护温度等参数，通过控制器的四个控制信号线C1、C2、C3和C4分别控制四个开关SW1、SW2、SW3和SW4，在上位机中运行继电器开关测试功能，确保电路中四个继电器开关SW1、SW2、SW3和SW4能够正常工作；
步骤a2：首先手动闭合第一空气开关，第二断开空气开关2，在上位机发出指令使得控制器输出控制信号C2的断开指令使开关SW2断开，输出控制信号C3的闭合指令使开关SW3闭合，输出控制信号C4的断开指令使开关SW4断开，开关SW1初始状态为断开状态，此时，所述老化测量电路已经切换至老化电路状态：被测二极管VD1、电阻R1、开关SW1和AC电源串联；
步骤a3：开始热循环老化任务，控制信号C1的闭合指令使开关SW1闭合，流经被测二极管VD1的电流使得VD1温度开始上升；当温度传感器所测量的被测二极管VD1的温度升至设定的温度上限值时，控制信号C1的断开指令使开关SW1断开，被测二极管VD1的温度开始下降；
步骤a4：当被测二极管VD1的温度降至设定的温度下限值时，控制信号C1的闭合指令使开关SW1再次闭合，被测二极管VD1的温度开始上升，完成一次热循环；
按照用户设定的热循环次数N，重复本步骤，直至热循环次数到达N次后，热循环老化试验停止。
3.一种利用权利要求1所述功率二极管热循环老化试验系统实现功率二极管正向参数测量任务的方法，其特征在于步骤如下：
步骤b1：在上位机设定正向参数测量的上下限温度、死区时间、保护温度等参数，通过控制器的四个控制信号线C1、C2、C3和C4分别控制四个开关SW1、SW2、SW3和SW4；
步骤b2：首先手动闭合第一空气开关，断开第二空气开关，开始正向参数测量任务，在上位机发出指令使得控制器输出控制信号C2的闭合指令使开关SW2闭合，输出控制信号C3的闭合指令使开关SW3闭合，输出控制信号C4的断开指令使开关SW4断开，控制信号C1的闭合指令使开关SW1闭合，流经被测二极管VD1的电流使得VD1温度开始上升，此时，所述老化测量电路已经切换至正向参数测量电路状态：被测二极管VD1与二极管VD2反向并联，再与电阻R1、开关SW1和AC电源串联；
步骤b3：当温度传感器所测量的被测二极管VD1的温度升至设定的温度下限值时，采样板卡开始测量并记录处于升温过程的被测二极管VD1的正向电压波形；
步骤b4：当温度传感器所测量的被测二极管VD1的温度升至设定的温度上限值时，采样板卡停止测量，结束正向电压波形数据的记录，控制信号C1的断开指令使开关SW1断开，被测二极管VD1的温度开始下降；
在正向参数测量任务中，被测二极管VD1只会出现一次升温和降温，即一次热循环。
4.一种利用权利要求1所述功率二极管热循环老化试验系统实现功率二极管反向参数测量任务的方法，其特征在于步骤如下：
步骤c1：在上位机设定反向参数测量的上下限温度、死区时间、保护温度等参数，通过控制器的四个控制信号线C1、C2、C3和C4分别控制四个开关SW1、SW2、SW3和SW4；
步骤c2：首先手动闭合第一空气开关，第二闭合空气开关，开始反向参数测量任务，在上位机发出指令使得控制器输出控制信号C2的闭合指令使开关SW2闭合，输出控制信号C3的闭合指令使开关SW3闭合，输出控制信号C4的断开指令使开关SW4断开，控制信号C1的闭合指令使开关SW1闭合，流经被测二极管VD1的电流使得VD1温度开始上升，此时，所述老化测量电路已经切换至正向参数测量电路状态：被测二极管VD1与二极管VD2反向并联，再与电阻R1、开关SW1和AC电源串联；
步骤c3：当温度传感器所测量的被测二极管VD1的温度升至设定的温度上限值时，控制信号C1的断开指令使开关SW1断开，控制信号C2的断开指令使开关SW2断开，控制信号C3的断开指令使开关SW3断开，控制信号C4的闭合指令使开关SW4闭合，此时，所述老化测量电路已经从正向参数测量电路状态切换至反向参数测量电路状态：被测二极管VD1与精密采样电阻R3、电阻R2、DC电源串联，被测二极管VD1处于反向偏置状态，温度开始下降，采样板卡开始测量并记录处于降温过程的被测二极管VD1的反向电流波形；
步骤c4：当温度传感器所测量的被测二极管VD1的温度降至设定的温度下限值时，采样板卡停止测量，结束反向电流波形数据的记录，控制信号C4的断开指令使开关SW4断开；
在反向参数测量任务中，被测二极管VD1只会出现一次升温和降温，即一次热循环。
5.根据权利要求2或3或4所述的方法，其特征在于：所述上位机中设置保护温度，当温度传感器所测量的被测二极管VD1的温度上升直至达到保护温度值时，过温保护启动，控制信号C1的断开指令使开关SW1断开，热循环老化任务、正向和反向参数测量任务立即停止。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于：所述上位机中设置开关之间的死区时间，当老化测量电路切换至正向参数测量电路状态时，开关SW3第一个闭合，然后开关SW2闭合，最后SW1闭合，SW4一直保持断开，各开关动作之间的时间间隔为死区时间；当老化测量电路从正向参数测量电路状态切换至反向参数测量电路状态时，开关SW1第一个断开，接着SW2再断开，然后SW3再断开，SW4最后再闭合，各开关动作之间的时间间隔为死区时间。
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