PCB电路板、二极管特性测试系统及方法与流程

pcb电路板、二极管特性测试系统及方法
技术领域
1.本发明涉及电源应用领域，特别是涉及一种pcb电路板、二极管特性测试系统及方法。


背景技术：

2.在电源应用领域，包括适配器、pc电源、充电器等功率等级在十几瓦到几百瓦不等的应用中，次级整流通常会使用二极管(多为肖特基二极管)作为输出整流使用，因此，需要对二极管的性能进行测试。
3.对于应用中的测试，通常利用测试平台或者在已成型的产品上更换对应的肖特基二极管，以此来测试此二极管在应用中的工作情况，判断某种规格的二极管是否可以进行相应的替换。而对于研发新的二极管产品，单纯的看器件的静态参数，比如正向压降、反向漏电流等，不能清晰的反映出器件在具体应用中的动态表现，还需要借助具体的应用环境。
4.现有测试平台对针对功率开关管设计，对二极管参数并未有过多调整，并且面对不同种类的应用情况，对应的电感、寄生参数也不尽相同，无法对不同种应用进行调节，若更换应用环境，势必要将现有测试平台重新调整，用时相对较长；且电流测试时需要引入线材，增加线路中的寄生电感、电阻等，反复接线也会令pcb测试板加速老化。而直接在应用上替换的方式在操作上需要将原有应用分解拆卸，此过程大多不可逆，拆卸测试后的应用往往无法再次复原使用；且不同的应用在pcb设计上也不尽相同，在测试上也会有不同程度的困难，而且容易引入线路，引入的寄生参数也会在不同程度上影响实验结果。
5.因此，如何在不同应用环境下实现对二极管动态特性的高效、准确测试，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。


技术实现要素：

6.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种pcb电路板、二极管特性测试系统及方法，用于解决现有技术中二极管特性测试效率低、准确性差等问题。
7.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种二极管特性测试系统，所述二极管特性测试系统至少包括：
8.功率开关管，可调的回路电阻，可调的主回路电感，可调的电源模块，驱动信号产生模块，待测二极管及可调的二极管结电容；
9.所述功率开关管的一端依次经由所述回路电阻及所述主回路电感连接所述电源模块的正极，另一端连接所述电源模块的负极；
10.所述驱动信号产生模块连接于所述功率开关管的驱动端，为所述功率开关管提供驱动信号；
11.所述待测二极管的阴极连接所述电源模块的正极，阳极连接所述回路电阻与所述主回路电感的连接节点；
12.所述二极管结电容并联于所述待测二极管的两端，用于调整二极管结电容的大
小。
13.可选地，所述电源模块包括储能电容，开关及第一直流电源；所述开关及所述第一直流电源串联，所述储能电容并联于所述开关与所述第一直流电源的串联结构两端，所述储能电容为所述二极管特性测试系统提供电源电压。
14.更可选地，所述电源模块还包括限流电阻，所述限流电阻串联于所述开关与所述第一直流电源的串联结构中。
15.可选地，所述驱动信号产生模块为分立器件驱动或集成ic驱动，产生驱动速度可调的驱动信号。
16.更可选地，所述驱动信号产生单元包括信号发生器、第一电阻、npn三极管、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一pnp三极管、第二pnp三极管、二极管及第二直流电源；
17.所述npn三极管的集电极经由所述第一电阻连接所述第二直流电源，发射极经由所述第二电阻接地，基极经由所述第三电阻连接所述信号发生器的输出端；
18.所述第一pnp三极管的发射极连接所述第二直流电源，集电极经由所述第四电阻接地，基极连接所述npn三极管的集电极；
19.所述二极管的阳极经由所述第五电阻连接所述第一pnp三极管的集电极，阴极连接所述第二pnp三极管的发射极并输出驱动信号；
20.所述第二pnp三极管的集电极接地，基极连接所述第一pnp三极管的集电极。
21.可选地，所述驱动信号产生单元为推挽拓扑驱动、光耦驱动或变压器驱动。
22.为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种pcb电路板，所述pcb电路板至少包括：
23.基板，以及设置于所述基板上的上述二极管特性测试系统。
24.可选地，所述pcb电路板上设置有镂空区域，所述镂空区域用于设置电流夹以实现电流检测。
25.为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种二极管特性测试方法，基于上述二极管特性测试系统实现，所述二极管特性测试方法至少包括：
26.根据实际应用情况设置所述二极管特性测试系统中的电源电压及各寄生参数；
27.提供第一驱动脉冲，所述功率开关管导通，所述电源电压为主回路电感充电，所述第一驱动脉冲结束，所述功率开关管关断，所述主回路电感上的电流通过所述待测二极管续流，所述待测二极管的开启时刻产生第一电流尖峰，基于所述第一电流尖峰及所述待测二极管的压降得到所述待测二极管的开启损耗；
28.提供第二驱动脉冲，所述功率开关管导通，所述待测二极管的反向恢复电流与所述主回路电感的电流叠加产生第二电流尖峰，基于所述第二电流尖峰及所述待测二极管的压降得到所述待测二极管的关断损耗。
29.为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种二极管特性测试方法，基于上述二极管特性测试系统实现，所述二极管特性测试方法至少包括：
30.根据实际应用情况设置所述二极管特性测试系统中的电源电压及各寄生参数；
31.提供第一驱动脉冲，所述功率开关管导通，所述电源电压为主回路电感充电，所述第一驱动脉冲结束，所述功率开关管关断，所述主回路电感上的电流通过所述待测二极管
续流，获取浪涌电流最大值。
32.更可选地，设置所述二极管特性测试系统中电源电压的方法包括：将第一直流电源设定为所需的测试电压，导通开关，所述第一直流电源为储能电容充电，直至所述储能电容达到所需电压，关断所述开关，所述储能电容提供所述电源电压。
33.更可选地，通过调整所述第一驱动脉冲的开启时间使所述主回路电感上的电流达到预设电流。
34.更可选地，调节结电容或寄生电感的大小以得到结电容或寄生电感与所述待测二极管极限的关系。
35.如上所述，本发明的pcb电路板、二极管特性测试系统及方法，具有以下有益效果：
36.1、本发明的pcb电路板、二极管特性测试系统及方法通过将应用中的寄生参数测量之后在测试板上调节，从而直接对二极管性能进行测试，能极大的节省测试时间成本；且操作过程简单易行。
37.2、本发明的pcb电路板、二极管特性测试系统及方法通过pcb镂空设计可以在不引入导线的情况下直接测量出线路电流，防止引入寄生电感、附加阻抗等影响实验测试结果。
38.3、本发明的pcb电路板、二极管特性测试系统及方法用储能电容来代替直流电源，在脉冲测试时间很短的情况下，电容能够有效维持测试时的电压在所需水平，并且电流可以突破直流电源的电流限制，达到更高的电流水平。
39.4、本发明的pcb电路板、二极管特性测试系统及方法通过控制mosfet的开关速度，以适应不同应用中的恶劣情况进行调节，适用范围更广。
40.5、本发明的pcb电路板、二极管特性测试系统及方法可实现二极管浪涌电流测试、开启损耗测试、关断损耗测试、研究结电容大小与二极管极限的关系、研究寄生电感对二极管极限参数的影响，实用性强。
附图说明
41.图1显示为本发明的二极管特性测试系统的结构示意图。
42.图2显示为本发明的二极管开关损耗测试的波形示意图。
43.元件标号说明
[0044]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
二极管特性测试系统
[0045]
11
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可调的电源模块
[0046]
111
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第一直流电源
[0047]
12
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驱动信号产生单元
[0048]
121
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信号发生器
[0049]
122
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第二直流电源
[0050]
s11～s13
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步骤
[0051]
s21～s22
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
步骤
具体实施方式
[0052]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实
施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0053]
请参阅图1～图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0054]
实施例一
[0055]
如图1所示，本实施例提供一种二极管特性测试系统1，所述二极管特性测试系统1包括：
[0056]
功率开关管q1，可调的回路电阻radj，可调的主回路电感ladj，可调的电源模块11，驱动信号产生模块12，待测二极管dtest及可调的二极管结电容cadj。
[0057]
如图1所示，所述电源模块11为所述二极管特性测试系统1提供电源电压。
[0058]
具体地，所述电源模块11提供的电源电压的值可根据实际应用需要进行调节，在本实施例中，测试开始后所述电源模块11通过储能电容为所述二极管特性测试系统1供电。在本实施例中，所述电源模块11包括储能电容cpower，开关sw及第一直流电源111，作为示例，所述第一直流电源111的电压设置为5v～300v。所述开关sw及所述第一直流电源111串联；作为示例，所述开关sw连接于所述第一直流电源111的正极。所述储能电容cpower并联于所述开关sw与所述第一直流电源111的串联结构两端，即所述储能电容cpower的一端连接所述开关sw，另一端连接所述第一直流电源111；作为示例，所述储能电容cpower的上极板连接所述开关sw，下极板连接所述第一直流电源111的负极。为了防止所述储能电容cpower充电电流的尖峰过高，所述电源模块11还包括限流电阻rcl，所述限流电阻rcl串联于所述开关sw与所述第一直流电源111的串联结构中，作为示例，所述限流电阻rcl的一端连接所述第一直流电源111的负极，另一端连接所述储能电容cpower的下电极。
[0059]
需要说明的是，任意可提供所需电源电压的电路均适用于本发明，本实施例的电源模块中各器件的连接关系可根据实际需要调整，不以本实施例为限。
[0060]
如图1所示，所述功率开关管q1的一端依次经由所述回路电阻radj及所述主回路电感ladj连接所述电源模块11的正极，另一端连接所述电源模块11的负极(接地)。
[0061]
具体地，在本实施例中，所述功率开关管q1为nmos管，所述功率开关管q1的源极接地，漏极连接所述回路电阻radj。在实际使用中，可根据需要选择所述功率开关管的类型，包括但不限于绝缘栅双极型晶体管及金属-氧化物半导体场效应晶体管。
[0062]
具体地，所述回路电阻radj的阻值可调，用于模拟实际应用线路中的阻抗，可根据实际应用场景调整所述回路电阻radj的阻值，在此不一一赘述。
[0063]
具体地，所述主回路电感ladj的电感值可调，可根据实际应用场景调整所述主回路电感ladj的电感值，在此不一一赘述。
[0064]
如图1所示，所述驱动信号产生模块12连接于所述功率开关管q1的驱动端，为所述功率开关管q1提供驱动信号。
[0065]
具体地，在本实施例中，所述驱动信号产生模块12输出的驱动信号的驱动速度可调；在实际使用中，对驱动速度无要求的情况下，所述驱动信号的驱动速度可固定。作为示例，所述驱动信号产生单元12包括信号发生器121、第一电阻r1、npn三极管q2、第二电阻r2、
第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第一pnp三极管q3、第二pnp三极管q4、二极管d及第二直流电源122。所述npn三极管q2的集电极经由所述第一电阻r1连接所述第二直流电源122，发射极经由所述第二电阻r2接地，基极经由所述第三电阻r3连接所述信号发生器121的输出端。所述第一pnp三极管q3的发射极连接所述第二直流电源122，集电极经由所述第四电阻r4接地，基极连接所述npn三极管q2的集电极。所述二极管d的阳极经由所述第五电阻r5连接所述第一pnp三极管q3的集电极，阴极连接所述第二pnp三极管q4的发射极并输出驱动信号。所述第二pnp三极管q4的集电极接地，基极连接所述第一pnp三极管q3的集电极。其中，所述第四电阻r4及所述第五电阻r5的阻值可调，所述第四电阻r4用于控制关断速度，所述第五电阻r5用于控制开启速度。
[0066]
需要说明的是，所述驱动信号产生模块12的电路结构包括但不限于推挽拓扑驱动、光耦驱动或变压器驱动，不以本实施例为限。所述驱动信号产生模块12包括但不限于分立器件驱动或集成ic驱动，任意可提供测试所需驱动信号的电路结构均适用于本发明。
[0067]
如图1所示，所述待测二极管dtest的阴极连接所述电源模块11的正极，阳极连接所述回路电阻radj与所述主回路电感ladj的连接节点。
[0068]
如图1所示，所述二极管结电容cadj并联于所述待测二极管dtest的两端，用于调整二极管结电容的大小。
[0069]
具体地，所述二极管结电容cadj的电容值可调，可根据实验需要选择添加/减少模拟结电容值，以此来选择可以有效减小应用电流尖峰和/或开关过程损耗的结电容值，为后期开发新产品做数据支撑。
[0070]
实施例二
[0071]
本实施例提供一种pcb电路板，所述pcb电路板包括：基板，以及设置于所述基板上的二极管特性测试系统；其中，所述二极管特性测试系统采用实施例一的二极管特性测试系统，所述基板表面设置有连接线路，各器件通过设置于对应插槽中实现完整测试系统，具体结构在此不一一赘述。
[0072]
具体地，所述pcb电路板上设置有镂空区域，所述镂空区域用于设置电流夹以实现电流检测。由此在不引入新的连接线的情况下测试流经器件的电流，有效的避免了因为引入新的连接线而造成的寄生参数增加等问题，方便操作简单易行。在实际使用中，镂空区域的具体位置可根据需要测量的电流进行设置，在此不一一赘述。
[0073]
具体地，所述pcb电路板上设置有预留位置孔，可通过调节线路中的预留位置孔来调节电路中的寄生参数。
[0074]
实施例三
[0075]
如图1及图2所示，本实施例提供一种二极管特性测试方法，基于实施例一的二极管特性测试系统1实现，所述二极管特性测试方法用于获取二极管开关损耗，包括：
[0076]
s11)根据实际应用情况设置所述二极管特性测试系统1中的电源电压及各寄生参数。
[0077]
具体地，测试前，将所述第一直流电源111设定为所需测试电压，接通所述开关sw，所述第一直流电源111为所述储能电容cpower充电，经过预设时间后，所述储能电容cpower达到所需电压并且积累了适当数量的电荷，关断所述开关sw。为防止所述储能电容cpower充电时的尖峰过高，通过所述限流电阻rcl进行限流。测试开始后，所述储能电容cpower提
供所述电源电压。
[0078]
具体地，根据实际应用情况调节所述回路电阻radj、所述主回路电感ladj、所述二极管结电容cadj、所述第四电阻r4及所述第五电阻r5的大小；并根据实际应用中的寄生参数通过预留位置孔调节所述二极管特性测试系统1的寄生参数。以此，模拟实际应用场景。
[0079]
需要说明的是，设置电源电压及各寄生参数的步骤不存在必然的逻辑关系，可以先设置电源电压，也可以先设置寄生参数，在此不一一限定。
[0080]
s12)提供第一驱动脉冲，所述功率开关管导通，所述电源电压为主回路电感充电，所述第一驱动脉冲结束，所述功率开关管关断，所述主回路电感上的电流通过所述待测二极管续流，所述待测二极管的开启时刻产生第一电流尖峰，基于所述第一电流尖峰及所述待测二极管的压降得到所述待测二极管的开启损耗。
[0081]
具体地，所述驱动信号产生模块12输出第一驱动脉冲，所述第一驱动脉冲开启时，所述功率开关管q1通过驱动的作用开启线路，所述储能电容cpower为所述主回路电感ladj充电，电流流经所述储能电容cpower、所述主回路电感ladj及所述功率开关管q1。作为示例，通过调整所述第一驱动脉冲的开启时间使所述主回路电感ladj上的电流达到所需的预设电流。
[0082]
具体地，当所述主回路电感ladj上的电流达到预设电流时，所述第一驱动脉冲结束，所述功率开关管q1关断，所述主回路电感ladj中的电流通过所述待测二极管dtest进行续流，所述待测二极管dtest的开启时刻会产生第一电流尖峰，所述第一电流尖峰与所述二极管结电容cadj产生震荡，并与所述待测二极管dtest的压降构成所述待测二极管dtest的开启损耗，如图2所示。作为示例，所述第一电流尖峰与所述待测二极管dtest压降的乘积的积分即为开启损耗。
[0083]
s13)提供第二驱动脉冲，所述功率开关管导通，所述待测二极管的反向恢复电流与所述主回路电感的电流叠加产生第二电流尖峰，基于所述第二电流尖峰及所述待测二极管的压降得到所述待测二极管的关断损耗。
[0084]
具体地，所述功率开关管q1的关断过程持续至震荡消失电流平稳(大概需要数个微秒)，而后所述驱动信号产生模块12输出第二驱动脉冲，所述第二驱动脉冲开启时，所述待测二极管dtest的反向恢复电流与电感电流叠加，产生第二电流尖峰，所述第二尖峰电流与所述二极管结电容cadj及所述功率开关管q1的结电容产生震荡，并且与所述待测二极管dtest的压降起构成所述待测二极管dtest的关断损耗，如图2所示。作为示例，所述第二电流尖峰与所述待测二极管dtest压降的乘积的积分即为关断损耗。
[0085]
需要说明的是，还可通过调节结电容的大小获取结电容对开关损耗的影响，研究结电容与所述待测二极管极限开关损耗的关系。也可通过调节寄生电感的大小获取寄生电感对开关损耗的影响，研究寄生电感与所述待测二极管极限开关损耗的关系。
[0086]
实施例四
[0087]
如图1所示，本实施例提供一种二极管特性测试方法，基于实施例一的二极管特性测试系统1实现，所述二极管特性测试方法用于获取二极管的浪涌电流最大值，包括：
[0088]
s21)根据实际应用情况设置所述二极管特性测试系统中的电源电压及各寄生参数。
[0089]
具体地，该步骤的具体方法可参见实施例三的步骤s11)，在此不一一赘述。
[0090]
s22)提供第一驱动脉冲，所述功率开关管导通，所述电源电压为主回路电感充电，所述第一驱动脉冲结束，所述功率开关管关断，所述主回路电感上的电流通过所述待测二极管续流，获取浪涌电流最大值。
[0091]
具体地，所述驱动信号产生模块12输出第一驱动脉冲，通过所述第一驱动脉冲的开启时间控制所述主回路电感ladj上的电流大小，当所述主回路电感ladj上的电流达到预设电流时，所述第一驱动脉冲结束，所述主回路电感ladj中的电流通过所述待测二极管dtest进行续流，通过测量获得浪涌电流最大值。
[0092]
需要说明的是，还可通过调节结电容的大小获取结电容对浪涌电流的影响，研究结电容与所述待测二极管极限浪涌电流的关系。也可通过调节寄生电感的大小获取寄生电感对浪涌电流的影响，研究寄生电感与所述待测二极管极限浪涌电流的关系。
[0093]
本发明过将应用中的寄生参数测量之后在测试板上调节，从而可以直接对二极管性能进行测试，无需重新搭建测试平台，能极大的节省测试时间成本；且操作过程简单易行。本发明能精确还原实际应用场景，测试准确性高。本发明通过pcb镂空设计采用电流夹进行电流测量，可以在不引入导线的情况下直接测量出线路电流，防止引入寄生电感、附加阻抗等影响实验测试结果。本发明用储能电容来代替直流电源，在脉冲测试时间很短的情况下，电容能够有效维持测试时的电压在所需水平，并且电流可以突破直流电源的电流限制，达到更高的电流水平。本发明通过控制mosfet的开关速度，以适应不同应用中的恶劣情况进行调节，适用范围更广。本发明可实现二极管浪涌电流测试、开启损耗测试、关断损耗测试、研究结电容大小与二极管极限的关系、研究寄生电感对二极管极限参数的影响，实用性强。
[0094]
综上所述，本发明提供一种pcb电路板、二极管特性测试系统及方法，包括：功率开关管，可调的回路电阻，可调的主回路电感，可调的电源模块，驱动信号产生模块，待测二极管及可调的二极管结电容；所述功率开关管的一端依次经由所述回路电阻及所述主回路电感连接所述电源模块的正极，另一端连接所述电源模块的负极；所述驱动信号产生模块连接于所述功率开关管的驱动端，为所述功率开关管提供驱动信号；所述待测二极管的阴极连接所述电源模块的正极，阳极连接所述回路电阻与所述主回路电感的连接节点；所述二极管结电容并联于所述待测二极管的两端，用于调整二极管结电容的大小。本发明的pcb电路板、二极管特性测试系统及方法能极大的节省测试时间成本，且操作过程简单易行；防止引入寄生电感、附加阻抗等影响实验测试结果，准确性高；可以突破直流电源的电流限制，达到更高的电流水平；可适应不同应用中的恶劣情况进行调节，适用范围更广；可实现二极管浪涌电流测试、开启损耗测试、关断损耗测试、研究结电容大小与二极管极限的关系、研究寄生电感对二极管极限参数的影响，实用性强。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0095]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。