CN114184922A - 一种二极管器件状态检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请中一个或多个实施例提供一种二极管状态检测系统及方法，包括：检测二极管和光纤发射器，所述检测二极管与所述光纤发射器串联,所述检测二极管与光纤发射器均与待测二极管并联；所述待测二极管与所述检测二极管同向。本申请直接利用待测二极管的通态电压降为检测系统提供检测电源，避免隔离供电，实现了对脉冲功率用隔离二极管的无源检测，提高了对二极管器件状态检测的可靠性，提高了检测系统的适用范围。

Description

一种二极管器件状态检测系统及方法

技术领域

本申请中一个或多个实施例涉及器件状态检测技术领域，尤其涉及一种二极管器件状态检测系统及方法。

背景技术

现有技术中，由于储能及开关器件限制，一般采用多路电源模块并联实现大的脉冲功率输出，大电流直流系统的故障保护作为技术难点一直没有得到很好的解决。为保证多电源模块并联时的可靠性，需要能够在模块故障时保证系统正常工作，从而引入输出隔离二极管，实现故障时能量的单向流动，防止故障扩大。但是，现有技术中由于现有无源半导体状态检测主要依靠阻断电压，二极管在击穿后对系统正常工作无明显影响，造成二极管器件状态检测可靠性低，且无法利用无源检测对二极管器件状态进行检测的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请中一个或多个实施例的目的在于提出一种二极管器件状态检测系统及方法，以解决现有技术存在二极管器件状态检测可靠性低且无法利用无源检测对二极管器件状态进行检测的问题。

基于上述目的，本申请中一个或多个实施例提供了一种二极管器件状态检测系统，包括：

检测二极管和光纤发射器，所述检测二极管与所述光纤发射器串联,所述检测二极管与光纤发射器均与待测二极管并联；所述待测二极管与所述检测二极管同向。

可选的，所述二极管器件状态检测系统，还包括：稳压管；所述稳压管与所述光纤发射器并联。

可选的，所述二极管器件状态检测系统，还包括：保护二极管；所述保护二极管与所述光纤发射器并联，所述保护二极管与所述检测二极管反向。

可选的，所述二极管器件状态检测系统，还包括：限流电阻；所述限流电阻与所述检测二极管串联。

基于同一发明构思，本申请中一个或多个实施例还提出了一种二极管器件状态检测方法，包括：

向待测二极管通入脉冲电流；

基于所述脉冲电流获取检测二极管和光纤发射器的反馈状态；所述检测二极管与所述光纤发射器串联,所述检测二极管与光纤发射器均与待测二极管并联；所述待测二极管与所述检测二极管同向；

根据所述检测二极管和光纤发射器的反馈状态确定所述待测二极管的器件状态的检测结果。

可选的，向所述待测二极管通入脉冲电流后，还包括：

获取所述待测二极管两端电压；

获取所述检测二极管两端电压和光纤发射器两端电压。

可选的，所述基于所述脉冲电流获取检测二极管和光纤发射器的反馈状态，包括：

根据所述待测二极管两端电压、检测二极管两端电压和光纤发射器两端电压判断所述光纤发射器的发光状态；

若所述待测二极管两端电压大于所述检测二极管两端电压和光纤发射器两端电压之和，则所述光纤发射器发光。

可选的，当所述待测二极管击穿后，所述光纤发射器不发光。

可选的，所述根据所述检测二极管和光纤发射器的反馈状态确定所述待测二极管的器件状态的检测结果，包括：

根据所述光纤发射器的发光状态监测所述光纤发射器的光信号；

根据所述光纤发射器的光信号确定所述待测二极管的电路参数波形。

可选的，还包括：

根据所述待测二极管的电路参数波形确定所述待测二极管的器件状态的检测结果。

从上面所述可以看出，本申请中一个或多个实施例提供的一种二极管器件状态检测系统及方法，包括：检测二极管和光纤发射器，所述检测二极管与所述光纤发射器串联,所述检测二极管与光纤发射器均与待测二极管并联，根据并联原理，直接利用待测二极管的通态电压降提供检测电源，避免隔离供电，实现对二极管器件状态检测的无源检测；由于检测二极管为高压小电流的二极管，所以能够保证脉冲大电流只通过待测二极管，使得利用待测二极管的通态电压降提供的检测电源更加稳定，而且利用光纤发射器在承受超过阈值的电压或电流时会发光的特性，利用光纤发射器的发光状态进一步检测待测二极管的器件状态是否正常；所述待测二极管与所述检测二极管同向，保证脉冲电流的正常流通，通过通态电压降实现状态检测，采用正常工作无反向阻断态，且仅通过脉冲大电流的待测二极管器件，实现能够适用于脉冲功率二极管器件的无源检测，提高了对二极管器件状态检测的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请中一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中一个或多个实施例，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的附图。

图1为本申请中一个或多个实施例中一种二极管器件状态检测系统的电气拓扑结构图；

图2为本申请中一个或多个实施例中脉冲电源模块典型应用电路的电气拓扑结构图；

图3为本申请中一个或多个实施例中一种二极管器件状态检测方法的流程图；

图4为本申请中一个或多个实施例中二极管器件正常工作端电压和故障工况端电压的波形图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本申请中一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请中一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

本申请中一个或多个实施例提供了一种二极管器件状态检测系统及方法。

发明人通过研究发现随着脉冲功率电源应用的发展，由于储能及开关器件的限制，一般采用多路电源模块并联实现大的脉冲功率电流流出，而大电流直流系统的故障保护作为其中一个技术难点，暂时没有得到很好的解决。为了保证多电源模块并联时的可靠性，需要能够在模块故障时保证系统正常工作，部分应用中引入输出隔离二极管，实现故障时能量的单向流动，防止故障扩大。但是现有技术中无源半导体状态检测主要依靠阻断电压，而没有一种能够适用于脉冲功率器件的通态电压的无源检测系统或方法。而多电源模块并联输出的脉冲功率系统中，在电源模块输出端口串接二极管组件，以保证电源模块突发故障时的能量单向流动，限制故障范围，但是二极管器件在正常工作状态下不承受稳定的反向阻断电压，击穿后对系统正常工作无明显影响，无法采用常规的半导体检测方法来进行状态检测。所以现有技术存在二极管器件状态检测可靠性低且无法利用无源检测对二极管器件状态进行检测的问题。

参考图1，因此本申请中一个或多个实施例提供的一种二极管器件状态检测系统，包括：

检测二极管D1和光纤发射器HP，所述检测二极管D1与所述光纤发射器HP串联，所述检测二极管D1与光纤发射器HP均与待测二极管D并联；所述待测二极管D与所述检测二极管D1同向。

作为一个可选的实施例，待测二极管D为脉冲功率用隔离二极管，其中检测二极管D1为与待测二极管D同向的高压小电流的二极管，检测二极管D1与光纤发射器HP串联。

作为一个可选的实施例，二极管器件状态检测系统，还包括：稳压管V，稳压管V与光纤发射器HP并联，通过稳压管限压方式为光纤发射器HP的发射光纤头提供电压源，发射光纤头的发射宽度与通入待测二极管D中的脉冲电流幅值高于检测二极管D1门槛值的宽度相同。

作为一个可选的实施例，二极管器件状态检测系统，还包括：保护二极管D2，保护二极管D2与光纤发射器HP并联，保护二极管D2与检测二极管D1反向。通过反并联保护二极管D2能够保证光纤发射器HP不承受危险的反向电压，能够起到保护电路的作用。

作为一个可选的实施例，二极管器件状态检测系统，还包括：限流电阻R，限流电阻R与检测二极管D1串联，具体地，限流电阻R与检测二极管D1和光纤发射器HP串联，待测二极管D与限流电阻R、检测二极管D1以及光纤发射器HP并联，光纤发射器HP与稳压管V并联后，与保护二极管D2并联，其中待测二极管D与检测二极管D1同向，且与保护二极管D2反向。通过限流电阻R，使正向流通的待测二极管D和稳压管V不承受超限的电流值，能够适应故障浪涌电流，而且整体电气拓扑结构中通过向待测二极管D通入脉冲大电流，直接利用待测二极管D的通态电压降向检测二极管D1和光纤发射器HP提供检测电源，避免隔离供电，实现了对待测二极管D的无源检测，而且待测二极管D是在正常工作时无反向阻断态，仅通过脉冲大电流的二极管器件，所以能够适应脉冲电流，能够在检测时一直处于导通状态。

作为一个可选的实施例，当待测二极管D通过脉冲电流时，由于待测二极管D器件中的斜率电阻的存在，将在待测二极管D两端产生一个电压，光纤发射器HP的发光电压不超过5V，检测二极管D1的门槛电压不超过2V，当待测二极管D两端电压大于检测二极管D1两端电压与光纤发射器HP两端电压之和，即待测二极管D两端电压大于光纤发射器HP的发光电压与检测二极管D1的门槛电压之和时，光纤发射器HP发光。其中，由于检测系统中的限流电阻R的电阻值较小，光纤发射器HP工作电流(μA级)在限流电阻R上产生的电压降可以忽略不计。当待测二极管D正常工作时，其通态电压或通态电流值大于检测二极管D1两端电压和光纤发射器HP两端电压之和或电流阈值时，光纤发射器HP发光，当待测二极管D击穿后，由于待测二极管D的门槛电压和电阻值降低到较小水平，正常工作电流无法驱动光纤发射器HP发光。当光纤发射器HP发光时，则待测二极管D的检测结果为待测二极管D处于正常工作状态；当光纤发射器HP不发光时，则待测二极管D的检测结果为待测二极管D处于非正常工作状态，例如击穿状态。

作为一个可选的实施例，参考图2，在脉冲电源模块典型应用电路的电气拓扑结构图中，存在多个并联的脉冲电源模块，每个并联的脉冲电源模块中都连接有脉冲功率用隔离二极管，利用本申请一个或多个实施例提供的二极管器件状态检测系统，能够检测每个脉冲电源模块中的脉冲功率用隔离二极管的器件状态。对于任意一种连接有脉冲功率用隔离二极管的脉冲电源模块，都能够利用本申请一个或多个实施例中提供的二极管器件状态检测系统与需要检测的二极管并联，通入脉冲电流后利用光纤发射器HP的发光状态对待检测的二极管进行器件状态检测。

作为一个可选的实施例，由于在通入脉冲电流以外的时间中，二极管器件存在零电压状态，此时无论待测二极管D是否为正常状态，待测二极管D两端电压都小于检测二极管D1两端电压和光纤发射器HP两端电压之和，此时通过外部隔离变压器施加反向电压源，在检测系统中产生响应电流，通过获取流经待测二极管D的响应电流来判断待测二极管D是否为正常状态，与正常状态下的二极管的响应电流波形进行比较，如果待测二极管D的响应电流波长异常，则待测二极管D为故障状态。

从上面所述可以看出，本申请中一个或多个实施例提供的一种二极管器件状态检测系统及方法，包括：检测二极管和光纤发射器，所述检测二极管与所述光纤发射器串联,所述检测二极管与光纤发射器均与待测二极管并联，根据并联原理，直接利用待测二极管的通态电压降提供检测电源，避免隔离供电，实现对二极管器件状态检测的无源检测；由于检测二极管为高压小电流的二极管，所以能够保证脉冲大电流只通过待测二极管，使得利用待测二极管的通态电压降提供的检测电源更加稳定，而且利用光纤发射器在承受超过阈值的电压或电流时会发光的特性，利用光纤发射器的发光状态进一步检测待测二极管的器件状态是否正常；所述待测二极管与所述检测二极管同向，保证脉冲电流的正常流通，通过通态电压降实现状态检测，采用正常工作无反向阻断态，且仅通过脉冲大电流的待测二极管器件，实现能够适用于脉冲功率二极管器件的无源检测，提高了对二极管器件状态检测的可靠性。

参考图3，基于同一发明构思，本申请中一个或多个实施例还提出了一种二极管器件状态检测方法，包括以下步骤：

S101向待测二极管通入脉冲电流。

本实施例中，在完成二极管器件状态检测系统的连接后，向待测二极管D通入脉冲电流，由于待测二极管D与检测二极管D1以及光纤发射器HP并联，所以能够直接利用待测二极管D的通态电压降向检测二极管D1以及光纤发射器HP提供检测电源，避免隔离供电，实现了对待测二极管D的无源检测，而且待测二极管D是在正常工作时无反向阻断态，仅通过脉冲大电流的二极管器件，所以能够适应脉冲电流，能够在检测时一直处于导通状态。

作为一个可选的实施例，当待测二极管D通过脉冲电流时，由于待测二极管D器件中的斜率电阻的存在，将在待测二极管D两端产生一个电压，光纤发射器HP的发光电压不超过5V，检测二极管D1的门槛电压不超过2V，当待测二极管D两端电压大于检测二极管D1两端电压和光纤发射器HP两端电压之和，即待测二极管D两端电压大于光纤发射器HP的发光电压与检测二极管D1的门槛电压之和时，光纤发射器HP发光。所以在向待测二极管D通入脉冲电流后，需要获取待测二极管D两端电压，以及检测二极管D1两端电压和光纤发射器HP两端电压，从而通过比较待测二极管D两端电压和检测二极管D1两端电压和光纤发射器HP两端电压之和，确定光纤发射器HP的发光状态。

S102基于所述脉冲电流获取检测二极管和光纤发射器的反馈状态；所述检测二极管与所述光纤发射器串联,所述检测二极管与光纤发射器均与待测二极管并联；所述待测二极管与所述检测二极管同向。

本实施例中，待测二极管D为脉冲功率用隔离二极管，其中检测二极管D1为与待测二极管D同向的高压小电流的二极管，检测二极管D1与光纤发射器HP串联。

作为一个可选的实施例，二极管器件状态检测系统，还包括：稳压管V，稳压管V与光纤发射器HP并联，通过稳压管限压方式为光纤发射器HP的发射光纤头提供电压源，发射光纤头的发射宽度与通入待测二极管D中的脉冲电流幅值高于检测二极管D1门槛值的宽度相同。

作为一个可选的实施例，二极管器件状态检测系统，还包括：保护二极管D2，保护二极管D2与光纤发射器HP并联，保护二极管D2与检测二极管D1反向。通过反并联保护二极管D2能够保证光纤发射器HP不承受危险的反向电压，能够起到保护电路的作用。

作为一个可选的实施例，二极管器件状态检测系统，还包括：限流电阻R，限流电阻R与检测二极管D1串联，具体地，限流电阻R与检测二极管D1和光纤发射器HP串联，待测二极管D与限流电阻R、检测二极管D1以及光纤发射器HP并联，光纤发射器HP与稳压管V并联后，与保护二极管D2并联，其中待测二极管D与检测二极管D1同向，且与保护二极管D2反向。通过限流电阻R，使正向流通的待测二极管D和稳压管V不承受超限的电流值，能够适应故障浪涌电流。

作为一个可选的实施例，通过步骤S101获取的待测二极管D两端电压以及检测二极管D1两端电压和光纤发射器HP两端电压，能够获取检测二极管D1和光纤发射器HP的反馈状态，即光纤发射器HP的发光状态。根据待测二极管D两端电压和检测二极管D1两端电压和光纤发射器HP两端电压之和确定光纤发射器HP的发光状态，具体包括：

若待测二极管D两端电压大于检测二极管D1两端电压和光纤发射器HP两端电压之和，则光纤发射器HP发光，其中检测二极管D1两端电压和光纤发射器HP两端电压之和为光纤发射器HP的发光电压与检测二极管D1的门槛电压之和，由于检测系统中的限流电阻R的电阻值较小，光纤发射器HP工作电流(μA级)在限流电阻R上产生的电压降可以忽略不计；

当待测二极管D击穿后，由于待测二极管D的门槛电压和电阻值降低到较小水平，正常工作电流无法驱动光纤发射器HP发光。当光纤发射器HP发光时，则待测二极管D处于正常工作状态；当光纤发射器HP不发光时，则待测二极管D处于非正常工作状态，例如击穿状态。

S103根据所述检测二极管和光纤发射器的反馈状态确定所述待测二极管的器件状态的检测结果。

本实施例中，根据光纤发射器HP的发光情况监测光纤发射器HP的光信号，通过获取到的光纤发射器HP的光信号确定待测二极管D的电路参数波形，根据待测二极管D的电路参数波形检测待测二极管D的器件状态。参考图4，图中示出了待测二极管D在正常工作时的两端电压和待测二极管D在故障工况时的两端电压，当待测二极管D处于正常工作时，假设检测二极管D1两端电压和光纤发射器HP两端电压之和设定的阈值为3V，则能够得到当待测二极管D处于正常工作且电压大于检测二极管D1两端电压和光纤发射器HP两端电压之和的阈值3V时，对应的检测系统中光纤发射器HP发光，待测二极管D状态正常，且没有出现过度老化；当待测二极管D处于故障工况时，即使待测二极管D的两端电压达到峰值，也没有超过检测二极管D1两端电压和光纤发射器HP两端电压之和的阈值，则对应的检测系统中光纤发射器HP发光，待测二极管D处于故障状态，或根据时间待测二极管D使用时间判断是否属于过度老化情况。

上述对本申请中特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请中一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本申请中一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请中一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二极管器件状态检测系统，其特征在于，包括：

检测二极管和光纤发射器，所述检测二极管与所述光纤发射器串联,所述检测二极管与光纤发射器均与待测二极管并联；所述待测二极管与所述检测二极管同向。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述二极管器件状态检测系统，还包括：稳压管；所述稳压管与所述光纤发射器并联。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述二极管器件状态检测系统，还包括：保护二极管；所述保护二极管与所述光纤发射器并联，所述保护二极管与所述检测二极管反向。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述二极管器件状态检测系统，还包括：限流电阻；所述限流电阻与所述检测二极管串联。

5.一种根据权利要求1—4任意一项所述一种二极管器件状态检测系统的二极管器件状态检测方法，其特征在于，包括：

向待测二极管通入脉冲电流；

基于所述脉冲电流获取检测二极管和光纤发射器的反馈状态；所述检测二极管与所述光纤发射器串联,所述检测二极管与光纤发射器均与待测二极管并联；所述待测二极管与所述检测二极管同向；

根据所述检测二极管和光纤发射器的反馈状态确定所述待测二极管的器件状态的检测结果。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，向所述待测二极管通入脉冲电流后，还包括：

获取所述待测二极管两端电压；

获取所述检测二极管两端电压和光纤发射器两端电压。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于所述脉冲电流获取检测二极管和光纤发射器的反馈状态，包括：

根据所述待测二极管两端电压、检测二极管两端电压和光纤发射器两端电压判断所述光纤发射器的发光状态；

若所述待测二极管两端电压大于所述检测二极管两端电压和光纤发射器两端电压之和，则所述光纤发射器发光。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当所述待测二极管击穿后，所述光纤发射器不发光。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述检测二极管和光纤发射器的反馈状态确定所述待测二极管的器件状态的检测结果，包括：

根据所述光纤发射器的发光状态监测所述光纤发射器的光信号；

根据所述光纤发射器的光信号确定所述待测二极管的电路参数波形。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述待测二极管的电路参数波形确定所述待测二极管的器件状态的检测结果。

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