CN113740696A - 一种功率二极管的测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率二极管的测试装置及测试方法。其中，功率二极管的测试装置包括恒流源模块、连接模块、开关模块和信号发生器，连接模块分别与恒流源模块和开关模块的第一端电连接，连接模块用于连接待测功率二极管，开关模块的第二端与恒流源模块电连接，开关模块的控制端与信号发生器电连接。本发明提供的功率二极管的测试装置及测试方法，通过信号发生器向开关模块的控制端传输开关信号，控制待测功率二极管的导通时间，得到待测功率二极管所能承受的最大持续导通时间，进而得到待测功率二极管的极限能量值，实现功率二极管的极限能量信息的获取，从而在应用及选取功率二极管时能够知道功率二极管的极限能量参数，降低安全隐患。

Description

一种功率二极管的测试装置及测试方法

技术领域

本发明实施例涉及测试技术领域，尤其涉及一种功率二极管的测试装置及测试方法。

背景技术

功率二极管是电力电子线路最基本的组成单元，也是电路系统的关键部件，其单向导电性可用于电路的整流、箝位及续流等，外围电路中功率二极管可起防反作用，防止电流反灌造成电路损坏，因此，功率二极管广泛适用于在高频逆变器、数码产品、发电机、电视机等民用产品和卫星接收装置、导弹及飞机等各种先进武器控制系统和仪器仪表设备的军用场合。

现有的功率二极管在使用时，规格书中没有记载功率二极管能够承受的能量表征参数，并且不同品牌和型号的功率二极管的电流能力、散热能力不完全一致，应用及选取功率二极管时无法知道功率二极管的极限能量参数，存在一定安全隐患。

发明内容

本发明提供一种功率二极管的测试装置及测试方法，以实现功率二极管的极限能量信息的获取。

第一方面，本发明实施例提供了一种功率二极管的测试装置，包括：

恒流源模块、连接模块、开关模块和信号发生器；

所述连接模块分别与所述恒流源模块和所述开关模块的第一端电连接，所述连接模块用于连接待测功率二极管；

所述开关模块的第二端与所述恒流源模块电连接，所述开关模块的控制端与所述信号发生器电连接。

可选的，所述恒流源模块包括高压直流电源和限流电阻，所述高压直流电源与所述限流电阻电连接。

可选的，所述限流电阻包括定值电阻或可变电阻。

可选的，所述开关模块包括绝缘栅双极型晶体管、三极管或场效应管。

第二方面，本发明实施例还提供了一种功率二极管的测试方法，应用于第一方面所述的任一功率二极管的测试装置，该测试方法包括：

S1、将所述待测功率二极管与所述连接模块连接；

S2、根据测试电流值和单次脉冲时间对所述待测功率二极管进行测试；

S3、判断所述待测功率二极管是否失效；

S4、若否，在上一次所述单次脉冲时间的基础上增加所述单次脉冲时间，根据增加的所述单次脉冲时间对所述待测功率二极管进行测试；

S5、重复上述S3和S4，直至所述待测功率二极管失效；

S6、确定所述待测功率二极管的最大持续导通时间；

S7、根据所述最大持续导通时间确定所述待测功率二极管的极限能量值。

可选的，所述测试电流值为Ic，所述待测功率二极管的额定电流为If，其中，2*If≤Ic≤4*If。

可选的，所述恒流源模块包括高压直流电源和限流电阻，所述高压直流电源与所述限流电阻电连接；

所述根据测试电流值和初始单次脉冲时间对所述待测功率二极管进行测试，包括：

根据测试电压值和所述测试电流值设定所述限流电阻的电阻值；

根据所述测试电压值、所述限流电阻的电阻值和初始单次脉冲时间对待测功率二极管进行测试。

可选的，所述测试电压值为Uin，所述待测功率二极管的耐压值为Uf，其中，(2/5)*Uf≤Uin≤(4/5)*Uf。

可选的，所述根据所述测试电压值和所述测试电流值设置所述限流电阻的电阻值，包括：

根据R1＝Uin/Ic设置所述限流电阻的电阻值，其中，R1为所述限流电阻的电阻值，Uin为所述测试电压值，Ic为所述测试电流值。

可选的，所述根据所述最大持续导通时间确定待测功率二极管的极限能量值，包括：

根据W＝Vf*Ic*Ton确定所述极限能量值，其中，W为所述极限能量值，Vf为所述待测功率二极管的导通压降参数，Ic为所述测试电流值，Ton为所述最大持续导通时间。

本发明实施例提供的功率二极管的测试装置及测试方法，通过设置连接模块以便于连接待测功率二极管，通过设置连接模块和开关模块串联于恒流源模块的输出回路之间，以使恒流源模块为与连接模块连接的待测功率二极管提供测试所需的恒定电流，通过信号发生器向开关模块的控制端传输开关信号，以控制开关模块的第一端和第二端之间导通和断开，从而控制待测功率二极管的导通时间，得到待测功率二极管所能承受的最大持续导通时间，进而得到待测功率二极管的极限能量值，实现功率二极管的极限能量信息的获取，从而在应用及选取功率二极管时能够知道功率二极管的极限能量参数，降低安全隐患。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种功率二极管的测试装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种功率二极管的测试装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种功率二极管的测试方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种功率二极管的测试方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种功率二极管的测试装置的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的功率二极管的测试装置包括恒流源模块10、连接模块11、开关模块12和信号发生器13，连接模块11分别与恒流源模块10和开关模块12的第一端121电连接，连接模块11用于连接待测功率二极管14；开关模块12的第二端122与恒流源模块10电连接，开关模块12的控制端123与信号发生器13电连接。

具体的，如图1所示，恒流源模块10用于提供测试所需的恒定电流。

继续参考图1，连接模块11分别与恒流源模块10的正端101和开关模块12的第一端121连接，连接模块11用于连接待测功率二极管14，可选的，连接模块11可以设置为一个设置有夹具的底座，在测试时，将待测功率二极管14插入底座的夹具中即可，从而便于安装和更换待测功率二极管14。

继续参考图1，开关模块12的第二端122与恒流源模块10的负端102电连接，以使连接模块11和开关模块12串联于恒流源模块10的正端101和负端102之间，构成一个连接回路。信号发生器13的输出端131与开关模块12的控制端123电连接，信号发生器13用于向开关模块12的控制端123传输开关信号，以控制开关模块12的第一端121和第二端122之间导通和断开，从而控制连接回路的闭合和断开。

示例性的，在进行测试时，将待测功率二极管14插入连接模块11中，以使待测功率二极管14的正极与恒流源模块10的正端101电连接，待测功率二极管14的负极与恒流源模块10的负端102电连接。信号发生器13向开关模块12的控制端123传输持续单次脉冲时间的开关信号，以使待测功率二极管14在恒流源模块10提供的恒定电流下导通单次脉冲时间，若待测功率二极管14在恒流源模块10提供的恒定电流下导通单次脉冲时间后没有失效，则增加单次脉冲时间，以使待测功率二极管14在恒流源模块10提供的恒定电流下持续导通更长的时间，若待测功率二极管14依然没有失效，则继续增加单次脉冲时间，直到待测功率二极管14失效，从而得到待测功率二极管14在恒流源模块10提供的恒定电流下所能承受的最大持续导通时间，进而得到待测功率二极管14的极限能量值，实现功率二极管的极限能量信息的获取。

其中，单次脉冲时间可以是预先设定好的，也可根据实际待测功率二极管14的需求进行设置，本发明实施例对此不作限定。

本发明实施例提供的功率二极管的测试装置，通过设置连接模块11以便于连接待测功率二极管14，通过设置连接模块11和开关模块12串联于恒流源模块10的输出回路之间，以使恒流源模块10为与连接模块11连接的待测功率二极管14提供测试所需的恒定电流，通过信号发生器13向开关模块12的控制端123传输开关信号，以控制开关模块12的第一端121和第二端122之间导通和断开，从而控制待测功率二极管14的导通时间，得到待测功率二极管14所能承受的最大持续导通时间，进而得到待测功率二极管14的极限能量值，实现功率二极管的极限能量信息的获取，从而在应用及选取功率二极管时能够知道功率二极管的极限能量参数，降低安全隐患。

图2为本发明实施例提供的另一种功率二极管的测试装置的结构示意图，如图2所示，可选的，恒流源模块10包括高压直流电源15和限流电阻16，高压直流电源15与限流电阻16电连接。

具体的，如图2所示，高压直流电源15又称直流高压电源，它是由交流市电或三相电输入，数千伏以上或数万伏以上直流电压输出的电源，输出功率数百瓦至数千瓦，一般可稳压或稳流。

在本实施例中，高压直流电源15的输出电压可以为300V～1000V，以使高压直流电源15的输出电压能够满足待测功率二极管14的测试要求，本领域技术人员可根据实际需求进行设置。

继续参考图2，限流电阻16的一端与高压直流电源15的正极151电连接，限流电阻16作为恒流源模块10的正端101，高压直流电源15的负极152作为恒流源模块10的负端102，高压直流电源15提供恒定的电压，限流电阻16用于限定电流，以使通过待测功率二极管14的电流满足测试要求。

其中，限流电阻16可采用大功率电阻，以使限流电阻16的功率能够满足待测功率二极管14的测试要求，例如，限流电阻16的功率可以为500W～1000W，本领域技术人员可根据实际需求进行设置。

在本实施例中，通过设置恒流源模块10包括串联的高压直流电源15和限流电阻16，高压直流电源15提供恒定电压，限流电阻16限定电流大小，以实现为待测功率二极管14提供满足测试要求的恒定电流。

在其他实施例中，恒流源模块10还可采用其他任意能够提供恒定电流的直流电源，本发明实施例对此不作限定。

继续参考图2，可选的，限流电阻16包括定值电阻或可变电阻。

示例性的，限流电阻16可采用定值电阻，当待测功率二极管14测试所需的电流发生变化时，可更换具有不同电阻值的限流电阻16，以使电流满足待测功率二极管14的测试需求。

在其他实施例中，限流电阻16也可采用可变电阻，当待测功率二极管14测试所需的电流发生变化时，可直接调整限流电阻16的电阻值，以使电流满足待测功率二极管14的测试需求，本领域技术人员可根据实际测试需求进行设置。

继续参考图1和图2，可选的，开关模块12包括绝缘栅双极型晶体管、三极管或场效应管。

示例性的，如图2所示，开关模块12可采用绝缘栅双极型晶体管(Insulate-GateBipolar Transistor，IGBT)，IGBT是由双极型三极管(BJT)和绝缘栅型场效应管(MOS)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点，其中，GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小，IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低，非常适合应用于直流电压为600V及以上的电路系统中，能够满足功率二极管测试时的高电压要求。

在其他实施例中，开关模块12也可采用三极管和场效应管等器件，其中，三极管成本低廉，场效应管噪声系数小、温度稳定性好、抗辐射能力强，本领域技术人员可根据实际需求进行设置。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种功率二极管的测试方法，应用于上述实施例提供的任一功率二极管的测试装置，因此，本发明实施例提供的功率二极管的测试方法具有上述任一实施例中的技术方案所具有的技术效果，与上述实施例相同或相应的结构以及术语的解释在此不再赘述。

图3为本发明实施例提供的一种功率二极管的测试方法的流程示意图，图4为本发明实施例提供的另一种功率二极管的测试方法的流程示意图，如图3和图4所示，该测试方法包括：

S1、将所述待测功率二极管与所述连接模块连接。

可选的，测试装置的连接模块为一个具有夹具的底座，在测试时，将待测功率二极管插入底座的夹具中，以使待测功率二极管串联于测试装置的恒流源模块的正端和负端之间，从而便于安装和更换待测功率二极管。

S2、根据测试电流值和单次脉冲时间对所述待测功率二极管进行测试。

其中，可根据待测功率二极管的测试要求选取测试电流值和初始的单次脉冲时间，其中，测试电流值是指测试过程中流过待测功率二极管的电流值，单次脉冲时间是指待测功率二极管在单次测试过程中的持续导通时间。

在本实施例中，测试装置的恒流源模块为待测功率二极管提供具有测试电流值的测试电流，通过测试装置的信号发生器向开关模块的控制端传输脉冲宽度为单次脉冲时间的开关信号，以使待测功率二极管在测试电流下持续导通单次脉冲时间，从而完成对待测功率二极管的一次测试。

需要注意的是，测试电流值和单次脉冲时间可以是预先设定好的，也可根据待测功率二极管在测试过程中的实际情况进行设置，本发明实施例对此不作限定。

S3、判断所述待测功率二极管是否失效。

其中，待测功率二极管在测试电流下持续导通单次脉冲时间之后，判断待测功率二极管有没有失效，若待测功率二极管失效，说明待测功率二极管已超过了极限能量值，若待测功率二极管没有失效，说明待测功率二极管还未到达极限能量值。

S4、若否，在上一次所述单次脉冲时间的基础上增加所述单次脉冲时间，根据增加的所述单次脉冲时间对所述待测功率二极管进行测试。

其中，若待测功率二极管没有失效，说明待测功率二极管还未到达极限能量值，则在上一次单次脉冲时间的基础上增加一定时间作为增加的单次脉冲时间，例如，上一次测试过程中的单次脉冲时间为5秒，则可增加2秒，将7秒作为增加的单次脉冲时间，用于待测功率二极管的本次测试，其中，增加的时间可根据实际测试需求进行设置，例如在上一次单次脉冲时间的基础上增加5秒、几十秒或者几分钟等，每一次增加的时间可以相同也可以不同，本发明实施例对此不作限定。

在确定增加的单次脉冲时间之后，通过测试装置的信号发生器向开关模块的控制端传输脉冲宽度为增加的单次脉冲时间的开关信号，以使待测功率二极管在测试电流下持续导通增加的单次脉冲时间，从而完成对待测功率二极管的又一次测试。

S5、重复上述S3和S4，直至所述待测功率二极管失效。

在完成对待测功率二极管的又一次测试之后，继续判断待测功率二极管有没有失效，若待测功率二极管失效了，则进行下一步，若待测功率二极管依然没有失效，则继续增加单次脉冲时间，重复上述操作，直到待测功率二极管失效。

S6、确定所述待测功率二极管的最大持续导通时间。

其中，在待测功率二极管失效之后，可将上一次测试过程中(上一次测试过程中待测功率二极管未失效)所采用的单次脉冲时间作为最大持续导通时间，最大持续导通时间即为待测功率二极管在测试电流下所能够承受的最大的导通时间。

S7、根据所述最大持续导通时间确定所述待测功率二极管的极限能量值。

其中，根据上述最大持续导通时间，以及测试电流值和待测功率二极管的电压值，可计算出待测功率二极管的极限能量值，从而在应用及选取功率二极管时能够知道功率二极管的极限能量参数，降低安全隐患。

需要说明的是，本发明实施例提供的功率二极管的测试方法可用于功率二极管的研发过程中，也可用于功率二极管的使用过程中，例如，可在同一品牌、同一型号或者同一批次的功率二极管中抽取一个或多个功率二极管作为待测功率二极管，通过本发明实施例提供的功率二极管的测试方法对待测功率二极管进行测试，即可获知与待测功率二极管同一品牌、同一型号或者同一批次的功率二极管的极限能量值。

可选的，测试电流值为Ic，待测功率二极管的额定电流为If，其中，2*If≤Ic≤4*If。

其中，通过设置测试电流值Ic满足2*If≤Ic≤4*If，避免测试电流值过低而使得待测功率二极管无法失效，同时也避免测试电流值过高而使待测功率二极管在第一次测试中就失效而无法得到最大持续导通时间，从而在保证测试时间较短的同时，能够准确获取待测功率二极管的最大持续导通时间。

需要注意的是，本领域技术人员可根据实际需求对测试电流值Ic进行设置，例如，设置测试电流值Ic为3倍的额定电流If，从而便于评价待测功率二极管的优劣，本发明实施例对此不作限定。

可选的，恒流源模块包括高压直流电源和限流电阻，高压直流电源与限流电阻电连接。

根据测试电流值和初始单次脉冲时间对待测功率二极管进行测试，包括：

根据测试电压值和测试电流值设定限流电阻的电阻值；

根据测试电压值、限流电阻的电阻值和初始单次脉冲时间对待测功率二极管进行测试。

其中，当恒流源模块包括高压直流电源和限流电阻时，可通过设置高压直流电源提供的测试电压值和限流电阻的电阻值实现测试所需的测试电流值。

可选的，测试电压值为Uin，待测功率二极管的耐压值为Uf，其中，(2/5)*Uf≤Uin≤(4/5)*Uf。

其中，通过设置测试电压值Uin满足(2/5)*Uf≤Uin≤(4/5)*Uf，使得测试电压值Uin不会过低而达不到测试电流的要求，也不会过高而容易损坏测试装置中的器件。

需要说明的是，测试电压值Uin可根据实际需求进行设置，例如，对于耐压值为650V的待测功率二极管，可设定测试电压值Uin为300V～500V，优选地，可设置测试电压值Uin为400V；而对于耐压值为1200V的待测功率二极管，可设定测试电压值Uin为600V，本发明实施例对此不作限定。

可选的，根据测试电压值和测试电流值设置限流电阻的电阻值，包括：

根据R1＝Uin/Ic设置限流电阻的电阻值，其中，R1为限流电阻的电阻值，Uin为测试电压值，Ic为测试电流值。

其中，确定测试电压值Uin和测试电流值Ic之后，可根据公式R1＝Uin/Ic确定限流电阻的电阻值R1，以使流过待测功率二极管的电流值为测试电流值Ic。

可选的，根据最大持续导通时间确定待测功率二极管的极限能量值，包括：

根据W＝Vf*Ic*Ton确定极限能量值，其中，W为极限能量值，Vf为待测功率二极管的导通压降参数，Ic为测试电流值，Ton为最大持续导通时间。

其中，导通压降参数是指待测功率二极管在导通时的电压，在本实施例中，在确定了待测功率二极管的最大持续导通时间之后，可根据公式W＝Vf*Ic*Ton计算出待测功率二极管的极限能量值，从而实现功率二极管的极限能量信息的获取，在应用及选取同品牌、同型号或者同批次的功率二极管时即可知道功率二极管的极限能量参数，降低安全隐患。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互组合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种功率二极管的测试装置，其特征在于，包括：

恒流源模块、连接模块、开关模块和信号发生器；

所述连接模块分别与所述恒流源模块和所述开关模块的第一端电连接，所述连接模块用于连接待测功率二极管；

所述开关模块的第二端与所述恒流源模块电连接，所述开关模块的控制端与所述信号发生器电连接。

2.根据权利要求1所述的功率二极管的测试装置，其特征在于，

所述恒流源模块包括高压直流电源和限流电阻，所述高压直流电源与所述限流电阻电连接。

3.根据权利要求2所述的功率二极管的测试装置，其特征在于，

所述限流电阻包括定值电阻或可变电阻。

4.根据权利要求2所述的功率二极管的测试装置，其特征在于，

所述开关模块包括绝缘栅双极型晶体管、三极管或场效应管。

5.一种功率二极管的测试方法，其特征在于，应用于权利要求1-4任一项所述的功率二极管的测试装置，该测试方法包括：

S1、将所述待测功率二极管与所述连接模块连接；

S2、根据测试电流值和单次脉冲时间对所述待测功率二极管进行测试；

S3、判断所述待测功率二极管是否失效；

S4、若否，在上一次所述单次脉冲时间的基础上增加所述单次脉冲时间，根据增加的所述单次脉冲时间对所述待测功率二极管进行测试；

S5、重复上述S3和S4，直至所述待测功率二极管失效；

S6、确定所述待测功率二极管的最大持续导通时间；

S7、根据所述最大持续导通时间确定所述待测功率二极管的极限能量值。

6.根据权利要求5所述的功率二极管的测试方法，其特征在于，

所述测试电流值为Ic，所述待测功率二极管的额定电流为If，其中，2*If≤Ic≤4*If。

7.根据权利要求5所述的功率二极管的测试方法，其特征在于，所述恒流源模块包括高压直流电源和限流电阻，所述高压直流电源与所述限流电阻电连接；

所述根据测试电流值和初始单次脉冲时间对所述待测功率二极管进行测试，包括：

根据测试电压值和所述测试电流值设定所述限流电阻的电阻值；

根据所述测试电压值、所述限流电阻的电阻值和初始单次脉冲时间对待测功率二极管进行测试。

8.根据权利要求7所述的功率二极管的测试方法，其特征在于，

所述测试电压值为Uin，所述待测功率二极管的耐压值为Uf，其中，(2/5)*Uf≤Uin≤(4/5)*Uf。

9.根据权利要求7所述的功率二极管的测试方法，其特征在于，

所述根据所述测试电压值和所述测试电流值设置所述限流电阻的电阻值，包括：

根据R1＝Uin/Ic设置所述限流电阻的电阻值，其中，R1为所述限流电阻的电阻值，Uin为所述测试电压值，Ic为所述测试电流值。

10.根据权利要求5所述的功率二极管的测试方法，其特征在于，

所述根据所述最大持续导通时间确定待测功率二极管的极限能量值，包括：

根据W＝Vf*Ic*Ton确定所述极限能量值，其中，W为所述极限能量值，Vf为所述待测功率二极管的导通压降参数，Ic为所述测试电流值，Ton为所述最大持续导通时间。

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