高压二极管的反向恢复时间测试系统.docx

PAGE 1 PAGE 1 高压二极管的反向恢复时间测试系统 摘摇要：通过对二极管的反向恢复过程及相关应用的讨论，指出二极管反向恢复时间测试的必要性，综合比较了三种现有的反向恢复时间的测试方法的优缺点，提出并设计了一个测量范围更广、更有用、精度更高、成本也较低的高压二极管反向恢复时间测试系统。该文对设计方案进行了误差分析，依据仪器在工厂的运行状况及示波器结果显示的比较，证明方案可行且误差较小。 晶体管和二极管常在脉冲电路中作为开关使用，这主要是利用它们对正反向电流表现出的通断特性。二极管与一般开关的不同在于，开关作用由两端所加电压的极性打算，而且导通时有微小的压降，关断时有微小的电流。由于二极管中PN 结电容效应的存在，当二极管外加电压极性翻转时，原工作状态相应的变化不能在瞬间完成。特殊是外加电压从正向偏置变成反向偏置时，二极管中电流由正向变成反向，但翻转后的瞬间有较大的反向电流，经过肯定时间后反向电流才会变得很小，而这段时间即为二极管的反向恢复时间TRR.实际应用时，假如反向脉冲的持续时间比TRR 短，则二极管在正反向都可导通，起不到开关作用。因此了解二极管的TRR对选取管子和设计电路至关重要，但只有少量二极管的TRR可从技术手册查到。二极管反向特性的测试一般仅针对反向击穿电压和反向饱和电流等，没有涉及到TRR,因此设计一种测量二极管反向恢复时间的测试系统变得很有必要。  1 三种TRR测试方法的比较  目前，只有很少量的文章争论过测量二极管反向恢复时间的方法和实施过程。它们提出的方案主要有以下3 种：  （1）利用高扫描频率的示波器、信号发生器、电流放大器等试验仪器和简洁搭建的测试电路，在示波器上显示出二极管在整个正反向偏置电路转换过程中电流变化的波形，人工读取TRR 值。这种方案直接利用试验室的一般仪器进行测试，方法简洁，但示波器时标的精确?????性较低，人工读数的误差也较大。  当测试一些TRR 较小的二极管时，对示波器扫描频率的要求会大大提高，不是全部试验室都能实施的，广泛应用将受到限制，这种方案不宜工厂采纳。  （2）利用信号发生器供应正反向偏置回路的转换信号产生TRR 测试波形，然后通过两个比较器猎取与TRR时间间隔等宽的脉冲，用高速计数器在规定的一段时间内对该脉冲进行计数，从而计算出一个脉冲宽度的时间（ 即TRR 值）。相比第1 种方案，它的精确?????性更高，且对试验仪器的要求不高，应用更广泛。但这种方案受计数器计数频率的限制，主要适用于测量TRR 在100 ns 以上的二极管，当二极管的TRR较小时，对计数器计数频率的要求会提高，成本会大大增加。另外，这种方案需要信号发生器，在工厂批量生产线上使用仍受限制。  （3）以TRR 测试波形猎取模块、高速取样电路（猎取TRR脉冲）、微处理机系统构成的二极管TRR测试系统。它无需额外的仪器，系统独立工作，相比第2 种方案更敏捷，也更简单实现。但该测试系统规律简单，大部分采纳数字器件，相比大量采纳模拟器件的电路，时间延迟较大。它采纳OC 非门作积分开关，存在等效电阻非抱负化的问题，增大了测试的误差，还可能导致线性积分电路的非线性失真。另外，这一方案能测的二极管TRR 在微妙级，测量范围较小。  鉴于上述3 种方案的特点，在此提出并实现了一种更简洁有用，成本较低，测量范围更广的二极管反向恢复时间测试系统。该系统无需额外仪器，测量范围从十几纳秒到几百纳秒均可，已胜利地应用在江苏如皋大昌电子公司高压二极管测试生产线上。  2 TRR测试波形的猎取  图1 为TRR测试波形（ 即整个正反向偏置回路转换的过程中，流过待测二极管Dx 的电流变化波形）猎取的硬件简图。图2 为波形时序图。其中，Vcontrol掌握信号与上一节争论的前两种方案中信号发生器的功能相像，是用规律集成器件搭建的。   图1 TRR测试波形猎取的硬件简图  当Vcontrol 为"0"电平常， 场效应管TR1 截止。  Vcontrol为"0"电平的瞬间，稳压源VR 对C1 进行充电，Vcontrol为"0"电平的持续时间足够长，使得C1 有足够的时间完成充电过程。充电完成后，VR 回路断开，仅由正向恒流源IF 对Dx 工作，此时为正向偏置。  当Vcontrol为"1"电平常，场效应管TR1 导通。此时，IF 从D1 -R2 回路流走，停止对Dx 的正向偏置作用，仅由布满电的C1 通过TR1 -Rs -Dx 回路对Dx 施以与VR 相等大小的反向偏置电压。  Dx 由正向偏置转换成反向偏置后的整个过程，在取样电阻Rs 上得到VRs（ =i·Rs），即为TRR的测试波