一种高频高压功率二极管的开关功耗测量系统的制作方法

1.本实用新型涉及半导体领域，具体涉及一种高频高压功率二极管的开关功耗测量系统。


背景技术：

2.功耗是功率的损耗，指设备、器件等输入功率和输出功率的差额。电路中通常指元、器件上耗散的热能。同样是所有的电器设备都有的一个指标，指的是在单位时间中所消耗的能源的数量，单位为w。电路中指整机或设备所需的电源功率。高频高压功率二极管的开关功耗，目前的资料是采用电流电压波形进行理论估算，未见相关的专用实测仪器或系统。
3.目前现状对高频高压功率二极管研发，及整机应用设计参考有一定的局限性。高频高压功率二极管的总功耗p= pf（正向功耗）+pr（反向功耗）+pt（开关功耗）；
4.（1）pt含反向截止转正向导通过程的开启效应、正向导通转反向截止过程的关断效应两个过程，由于关断效应过程中电压vr较大、时间trr较长于开启效应，因此pt主要取决于后者，pt≈∫
0trr
vr*irpdt/trr。
5.（2）由于开启过程和关断过程电流电压参数复杂，虽然可以通过示波器进行观察，但由于不同生产厂家芯片工艺的差别，上述两个过程的电流电压波形均不能用确定的函数关系来表达，因此理论估算存在局限性。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种高频高压功率二极管的开关功耗测量系统，设计巧妙，使用合理，能够准确的得出高频高压功率二极管的开关功耗。
7.本实用新型的技术方案：
8.一种高频高压功率二极管的开关功耗测量系统，它包括高频整流电源、直流恒流电源、开关、待试高频高压功率二极管、电压表、正向电流表、反向电流表、温升检测部、脉冲检测部，待试高频高压功率二极管的正极一侧连接开关的一端，开关的另一端可选择控制连接高频整流电源或者直流恒流电源的正极端部，待试高频高压功率二极管的负极一侧通过第一线路连接高频整流电源或直流恒流电源的负极端部且该第一线路上面还串联有正向电流表，正向电流表外侧还并联有一反向电流表，待试高频高压功率二极管的两极端部连接安装有电压表，温升检测部固定在待试高频高压功率二极管表面；待试高频高压功率二极管的正极一侧还通过信号线连接有脉冲检测部；直流恒流电源上面还设计有电压/电流显示模块。
9.所述的高频高压功率二极管的开关功耗测量系统还包括滤波电容和负载电阻，滤波电容的两端与负载电阻并联连接，且滤波电容和负载电阻两端同时串联在所述的第一线路上面，滤波电容和负载电阻的一端连接正向电流表的负极一端，滤波电容和负载电阻的另一端连接高频整流电源或直流恒流电源的负极端部。
10.所述的温升检测部包括温度传感器，脉冲检测部包括脉冲检测电路或示波器，所述高频高压功率二极管的开关功耗测量系统还包括plc控制显示器，plc控制显示器通过导线分别连接温度传感器、脉冲检测电路或示波器、电压表、正向电流表、反向电流表、电压/电流显示模块。
11.所述的正向电流表前端串联有一个正向安全二极管，反向电流表前端串联有一个反向安全二极管；正向电流表和正向安全二极管串联电路与反向电流表和反向安全二极管串联电路进行并联连接。
12.所述的待试高频高压功率二极管的两极预先安装在线路板上面，线路板的一端连接开关，线路板的另一端连接正向电流表的正极端部。
13.本实用新型的优点是设计巧妙，使用合理，通过模拟高频整流电源对待试高频高压功率二极管做功，得出正向检测电路中的电压、电流（vf、if），反向检测电路中的电压、电流（vr、ir），待试高频高压功率二极管表面正常工作时的恒温（ta），脉冲检测得出的一个脉冲周期t、二极管正向导通时间t1、二极管反向截止时间t2；再通过模拟直流恒流电源对待试高频高压功率二极管做功，调整电流大小使待试高频高压功率二极管表面温度达到热平衡稳定温度ta，得出此时直流电源电压u以及电流ifa，能够准确的得出高频高压功率二极管的开关功耗。
附图说明
14.图1是本实用新型的电路系统示意图。
具体实施方式
15.参照附图1，一种高频高压功率二极管的开关功耗测量系统，它包括高频整流电源1、直流恒流电源2、开关3、待试高频高压功率二极管4、电压表5、正向电流表7、反向电流表9、温升检测部10、脉冲检测部11，待试高频高压功率二极管4的正极一侧连接开关3的一端，开关3的另一端可选择控制连接高频整流电源1或者直流恒流电源2的正极端部，待试高频高压功率二极管4的负极一侧通过第一线路连接高频整流电源1或直流恒流电源2的负极端部且该第一线路上面还串联有正向电流表7，正向电流表7外侧还并联有一反向电流表9，待试高频高压功率二极管4的两极端部连接安装有电压表5，温升检测部10固定在待试高频高压功率二极管4表面；待试高频高压功率二极管4的正极一侧还通过信号线连接有脉冲检测部11；直流恒流电源2上面还设计有电压/电流显示模块12。
16.所述的高频高压功率二极管的开关3功耗测量系统还包括滤波电容13和负载电阻14，滤波电容13的两端与负载电阻14并联连接，且滤波电容13和负载电阻14两端同时串联在所述的第一线路上面，滤波电容13和负载电阻14的一端连接正向电流表7的负极一端，滤波电容13和负载电阻14的另一端连接高频整流电源1或直流恒流电源2的负极端部。
17.所述的温升检测部10包括温度传感器，脉冲检测部11包括脉冲检测电路或示波器，所述高频高压功率二极管的开关3功耗测量系统还包括plc控制显示器15，plc控制显示器15通过导线分别连接温度传感器、脉冲检测电路或示波器、电压表5、正向电流表7、反向电流表9、电压/电流显示模块12。
18.所述的正向电流表7前端串联有一个正向安全二极管71，反向电流表9前端串联有
一个反向安全二极管91；正向电流表7和正向安全二极管71串联电路与反向电流表9和反向安全二极管串联电路进行并联连接。
19.所述的待试高频高压功率二极管4的两极预先安装在线路板6上面，线路板6的一端连接开关3，线路板6的另一端连接正向电流表7的正极端部。
20.本实用新型使用时，设计一种测量系统，避开复杂波形的不准确的估算，通过在线（实验电路或整机电路板中）测量和对比测量的方法，来测得pt。
21.高频高压功率二极管的总功耗p= pf（正向功耗）+pr（反向功耗）+pt（开关功耗）；具体描述如下：
22.设：高频脉冲周期为t,二极管正向导通期为t1，二极管反向截止期为t2。
23.（1）测量pf、pt
24.pf=vf*if*t1/t,即 二极管正向压降*正向导通电流*正程占空比；
25.pr=vr*ir*t2/t,即二极管上面施加的反向电压*反向漏电流*逆程占空比；
26.对高频整流电路（实验电路或整机电路）中的高频高压功率二极管正反向工作参数vf、if 、vr、ir、t1、t2、t进行取样和测量。通过模拟高频整流电源对待试高频高压功率二极管做功，得出正向检测电路中的电压、电流（vf、if），反向检测电路中的电压、电流（vr、ir），待试高频高压功率二极管表面正常工作时的恒温（ta），脉冲检测电路或示波器得出的一个脉冲周期t、二极管正向导通时间t1、二极管反向截止时间t2；上述数据可以直接读出，或者通过信号传递给plc控制显示器；
27.（2）因为pt无法直接测量，所以总功耗p也是无法直接测量或计算的（目前市面上高频整流电路包括整流二极管、滤波电容、变压器和负载等组成的电感性回路，虽然可以测量电路高频输出的总功率，但因接入复杂的传感器可能会改变电路状态，所以对各个部件进行功耗或损耗测量非常困难，特别是高频高压功率二极管这样的非线性器件。
28.（3）但总功耗p会使高频高压功率二极管芯片发热产生温度，其封装体（管体）表面（取芯片对应的管体中部位置）温度（温升）达到热平衡稳定温度ta。因此，高频高压功率二极管热平衡后，总功耗p和热平衡稳定温度ta有对应确定性关系。
29.（4）在待试高频高压功率二极管的管体中部表面固定紧贴温度传感器（可以是热电偶，也可采用红外线非接触测量方式，但红外线方式误差大，重复性差）可以测量出高频高压功率二极管热平衡（即温度稳定不变）时的热平衡稳定温度ta。
30.（5）另外通过给样品施加正向直流恒流电源的方式，让待试高频高压功率二极管产生功耗，由待试高频高压功率二极管的管体中部表面热平衡稳定温度ta
→
p逆向得到p的数据。具体方法如下：
31.通过控制开关，断开电路高频整流输入信号源，在待试高频高压功率二极管两端线路板上焊接点接入可调正向直流恒流电源（不可以从直接高频高压功率二极管引脚上用夹子和导线接入恒流源，以免由此带来的额外散热，影响测量的准确性），通过调整直流恒流源电压u、电流ifx,使高频高压功率二极管进入正向直流导通状态，此时管体中部的测温热电偶测得温升为tx，继续调节恒流源的电流,直到使高频高压功率二极管热平衡后的温升等同ta,记录此时直流恒流源电压u、电流ifa，则此时直流恒流电源的输出功率=u*ifa，即可等效为高频工作状态下高频高压功率二极管的总功耗p。
32.（6）经以上测量，将已检测得出了具体数据（t、t1、t2、vf、if、vr、ir、ta、u、ifa）送
入plc控制显示器，可以计算得到开关功耗pt（pt= p-pf-pr=u*ifa
‑ꢀ
vf*if*t1/t
‑ꢀ
vr*ir*t2）。 pt即：在工作条件为：脉冲周期为t,二极管正向导通期为t1，二极管反向截止期为t2；管体中部温升为ta时，待试高频高压功率二极管的开关功耗。
33.本实用新型可以准确和直观地检测和显示高频高压功率二极管的开关功耗以及其它相关工作参数。为研发和应用提供准确的数据。