车用二极管自动检测与分选装置的设计与应用

金天+++邹新富+++倪锦喜+++张志军+++郑东晓

摘 要：由于国内汽车产量的急速增加，用于整流桥的车用二极管产品质量判断与匹配也就显得极其重要，国内重大的车用二极管厂家与整车厂家迫切需要车用二极管的自动检测与分选装置，来代替传统的手工检测带来的精度与效率问题。文章介绍实现车用二极管自动检测与分选装置的机电一体化设备，可以使你的工作实现的轻松与高效率。

关键词：车用二极管；检测；分选；瞬态特性ΔVf

车用二极管自动检测与分选装置主要针对于汽车整流二极管的自动测试和分检系统的运用中，对任何类型二极管的二极管自动检测和分检的运用，只需调整模具和夹具就可实现，因此本项目成果具有普遍的应用意义。

我国汽车工业发展迅速，新车产量和保有量快速增加，2015年汽车产量为2450万辆，稳居世界第一。汽车产销量的快速增长，带动了汽车零部件、元器件的快速增长。作为汽车基础元器件之一的雪崩二极管，其产销量也同步大幅度增长。据统计，国内雪崩二极管制造企业以及使用雪崩二极管来制造汽车用发电机的企业约有300余家，其中规模较大的有80余家。在这些企业中，除了法雷奥等几家外资企业拥有整套进口检测设备以外，多数企业的检测手段相当落后，基本上停留在使用单台仪器手工检测的状态，工作效率低下，检测误差率高，严重制约了相关行业的发展。

公司近年来致力于雪崩二极管等半导体器件检测仪器的研发，已研发完成汽车二极管瞬态特性测试仪等具有国内领先水平的检测仪器，掌握了该类器件检测的核心技术。在单台测试仪器的推广过程中，也了解到行业内对整套自动检测装备的强烈需求，在半导体测试核心技术的基础上，结合机电一体化和自动化技术，研发并推广应用半导体二极管成套检测设备。

1 检测与分选装置的特点

中国作为一个发展中国家，随着社会经济的发展和人民生活水平的日益提高，社会对汽车的需求也迅速增加，汽车产量不断快速增长，从而对基础元器件的需求量也越来越大，对产品质量的要求也越来越高，对产品的方抽检发展为全检，因此，领先的二极管制造企业，均配备有完整的自动检测线，使得产品的检测与分选达到准确、高效的目的。

车用二极管自动检测与分选装置的特点是：

（1）基于微处理器的设计，能够提供对二极管电特性进行快速而准确的测试。

（2）适用于车用雪崩二极管，TVS二极管和普通整流二极管的测试。

（3）测量的参数包括：国家标准QC/T706-2004所规定的项目测试（VBR1，VBR2，VBR3，VBR4），反向击穿区动态电阻（RdZ）的测试和反向能量瞬态特性测试（ΔVFR）。

（4）二极管的测试结果显示在屏幕上，一目了然。

（5）该测试系统测试最高雪崩电压为80V，不仅适合14V、28V的汽车电系，还适合48V汽车电系雪崩整流元件的测试。

（6）测试系统可以单项测试，也可以一次性完成多项目测试流程。

（7）所有测试参数全部由软件设置、调整和自校准。

我们所研制的测试仪由以下电路组成：

（1）恒流驱动控制电路，提供对被测二极管稳定可靠的电流能量驱动控制电路。

（2）电容器及充电管理电路，恒流驱动控制电路提供瞬间大电流的电源以及相应的充电管理电路。

（3）D/A、A/D转换电路，用于给定恒流驱动电路的控制模拟量以及采样被测二极管两端的电压转化成数字量并传给微处理器。

（4）辅助电路输入输出模块；上位机通信模块；以及设备电源供电电路。

本项目提供一种测试速度快、测试准确度高、可自由设置测试参数、测试能量损耗低的二极管电特性测试系统。

本装置部分检测指标以及人机界面的设计已超过台湾产品的水平，在此基础上，根据国内二极管生产厂商的实际需求，设计配备相应的辅助功能，形成完整的自动检测线，这样，在检测功能、检测精度、自动化水平等各方面都达到或超过台湾产品，从而极具市场竞争能力。

2 装置的主要内容及实现

装置研发的主要内容

（1）软件研发

本测试仪软件由若干子程序组成，分别为：极性测试、VF测试、ΔVf测试、IR测试、报警处理、参数设定和分档管理等子程序。程序测试流程框图如图1。

（2）VF、ΔVf、IR测试电路设计

当开始VF、ΔVf测试时，首先由单片机发出测试信号，接通恒流源，通过软件设定一个适当的测试电流加载在被测二极管，被测二极管两端会产生一定压降，将此电压取样放大并与设定好的正向电压相比较，得出结论VF、ΔVf是否合格。最后，单片机据此结果决定下一步测试内容。

同理，当开始IR测试时，首先由单片机发出测试信号，接通高压电路，通过软件设定一个适当的测试电压反向加载在被测二极管，被测二极管两端会产生一定反向电流，将此电流取样放大并与设定好的正向电流相比较，得出结论IR是否合格。单片机依据此结果决定下一步测试内容。

（3）分检机设计（机电一体化流程设计）

分检机结构示意图如图2。

a.送料振动器

调节振动器的幅度可以控制送料的快慢，将一定数量的二极管放到已启动的振动器料盘里，调节振动幅度的大小。二极管会自动排列，并向导料管入口处移动，进入导料通道。

b.导料管

导料管的形状和结构是根据待测产品的封装形状，通过振动盘的惯性推力，自然往下排列，依次存储在导料槽的通道内。导料管顶部装有光电传感器，用于检测导料管内待测二极管的储存量，判断缺料情况，控制振动盘的启停，从而达到自动送料的目的。

c.测试机构

该机构包括：驱动电机和测试夹具、测试爪机构、测试区传感器等相关装置组成。驱动电机工作时通过齿轮将被测二极管推动固定装置内，由测试爪对二极管进行定位，通过测试气缸对二极管正负极进行夹紧测试。再通过物料有无传感器先对物料有无进行判断，依据判断结果进行测试允许控制，启动测试操作。

d.分选机构

由伺服电机带动的分检机构来回转动，被测二极管在分检机构上方通过PLC测得的数据进行分类判断，在相应的落料盒停留，通过气缸的推动，实现被测二极管的归档，经落料导管进入相应的分选落料盒，自动完成分选动作。

系统控制由单片机和PLC联合控制完成；走件装置能够高效、准确地完成二极管元件的入料、测试和落料工作过程，主要是通过用电气装置来控制走件装置机械部分的运动并与光电检测密切配合来实现的。

3 装置的关键技术

本装置的关键技术是：传感器的选取、系统应用软件设计和机电一体化设计技术的应用的研发。

关键技术描述：

二极管静态特性的有正向压降VF、反向漏电流IR及正向瞬态特性ΔVf的三种测试项目的测试，结果经计算机与设定好的数值进行比较判断，从而得出是否合格以及根据压降或电流进行分档管理。其测试分选原理如下：

第一步先进行正向极性及数据判断，被测产品到位后，机械夹具先夹紧，送测试信号至二极管测试仪开始测试，单片机将测试结果送至计算机，计算机通过预先设定数值进行比较判断，并将结果送回单片机进行处理，得出结果，即以下三种结果之一：极性反、不正常和正常。如果为前二种结果，测试仪对此进行归档处理。如果为正常则继续第二项测试内容。

第二步进行正向压降VF和正向瞬态特性ΔVf的测试，按预先审定的测试条件和测试标准进行测试，并将测试结果送回上位机，得出合格与不合格的结论，若不合格则归档处理，若合格则继续。

第三步对反向极性判断及反向电流IR进行测试，同样将测试结果与预先设定好的数据进行比较判断，得出测试结论，最终完成测试结果。

装置特点：

（1）本项目提供一种测试速度快、测试准确度高、可自由设置测试参数、能量损耗低的二极管电特性测试系统。其特征是：a.具测试速度快，不到1秒完成ΔVF、VFm、IR的测试、筛选、记录统计工作大幅度提高效率，下降成本。b.具有很高精确度，达到±0.3mV提高了5-10倍。测试动态过程中极其微小的变化都能够如实地反映在动态曲线上，为设计师、工艺师提供了可靠数据。c.测试系统的所有测试参数全部由软件实行闭环控制，准确率很高。d.可以与工控机（如PLC）计算机（PC）联机通讯，接受控制、传送数据等等。形成多测试系统的管理网络，以适应大规模生产流程、测试和筛选等需求。e.测试系统的测试参数Itest、Im和t、t2均可重新设置，以完全适应国际接轨的需求。

（2）实现了自动测试、分检一体机的装置，且能实现高速分检（针对汽车整流二极管）（3600-4500只/小时）和可靠性达到99.99%以上。

4 装置的主要技术指标

5 结束语

由于国内汽车生产和消费正处于高速增长期，汽车产量持续大幅增长，汽车行业的竞争日趋激烈，因此，对构成汽车的零部件和元器件的质量要求也越来越高。而在国内，尚无专业研发和生产二极管检测成套设备的企业，可以说是市场的一个空白点，因此，本项目产品市场前景非常广阔。该项目的实施将为汽车二极管的检测与分选提供一个选择。

参考文献

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