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Dokumentenidentifikation DE102004014389A1 13.10.2005
Titel Verfahren zum Testen von Zenerdioden
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Mueller, Markus, 74078 Heilbronn, DE
DE-Anmeldedatum 24.03.2004
DE-Aktenzeichen 102004014389
Offenlegungstag 13.10.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.10.2005
IPC-Hauptklasse G01R 31/26
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen von Zenerdioden (4-9), insbesondere von Gleichrichterdioden eines Kfz-Generators. Der Diodentyp kann besonders einfach erkannt werden, wenn an den Zenerdioden (4-9) eine Ruhestrommessung und eine Kapazitätsmessung durchgeführt wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen von Zenerdioden, insbesondere Gleichrichterdioden eines Kfz-Generators, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Kfz-Generatoren umfassen üblicherweise eine Dioden-Brückenschaltung, mittels der die vom Generator erzeugte Wechselspannung gleichgerichtet wird. Die Brückenschaltung ist in der Regel im Generatorgehäuse baulich integriert.

1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte sechspulsige Gleichrichter-Brückenschaltung 1, mit der die Phasenspannungen U, V, W in eine an den Klemmen B+, B– anliegende Gleichspannung gewandelt werden. Die Gleichrichter-Brückenschaltung 1 umfasst eine positive Halbbrücke (in 1 oben) mit mehreren Plusdioden 4, 5, 6 und eine negative Halbbrücke (in 1 unten) mit mehreren Minusdioden 7, 8, 9. Die einzelnen Dioden sind üblicherweise als Zenerdioden 4-9 realisiert, um einen Schutz vor Überspannung bei einem piötzlichen Lastabfall (sogenannter Load-Dump-Schutz) zu erhalten.

Im eingebauten Zustand sind die Zenerdioden 4-9 mit einem Kühlkörper 2,3 verbunden. Bei modernen Fahrzeuggeneratoren sind die Minusdioden 7, 8, 9 z.B. in ein Lagerschild 3 eingepresst, das als Kühlkörper wirkt, die Plusdioden 4, 5, 6 sind z.B. in einem separaten, gegenüber Generator-Masse isolierten Kühlkörper 2 untergebracht.

Für die Brückengleichrichter von Kfz-Generatoren werden je nach Anforderung unterschiedliche Zenerdioden eingesetzt, wobei hauptsächlich sogenannte ZR- oder ZH-Dioden verbaut werden. ZR-Dioden zeichnen sich vor allem durch einen höheren Ruhestrom – üblicherweise einige &mgr;A in Sperrichtung – und eine vergleichsweise höhere Temperaturbeständigkeit – etwa bis 225°C – aus. Dagegen besitzen die sogenannten ZH-Dioden einen geringeren Ruhestrom von wenigen nA und eine vergleichsweise geringere Temperaturbeständigkeit von bis zu etwa 215°C.

Die Zenerdioden (ZH und ZR) sind aus einem Halbleiterchip hergestellt, dessen Fläche den maximalen Strom in Vorwärtsrichtung bestimmt. Je nach Generatorleistung und Einsatzzweck wird der passende Diodentyp in der geeigneten Stromklasse von z.B. 35A, 50A, 65A oder 80A ausgewählt.

Die Zenerdioden werden üblicherweise als Schüttgut verarbeitet und der Gleichrichter mit identischen Zenerdioden bestückt. Bei der Herstellung des Gleichrichters kann es vorkommen, dass sich eine Zenerdiode des falschen Typs (ZH/ZR) oder mit einer falschen Chipgröße (Stromklasse) unter den übrigen Zenerdioden im Schüttgut befindet. Solange eine "falsche Diode" eine größere Stromklasse hat, wirkt sich dies auf den Betrieb des Gleichrichters nicht negativ aus, da diese Zenerdiode bessere elektrische Eigenschaften aufweist als die übrigen Zenerdioden des Gleichrichters. Wird jedoch eine Zenerdiode mit zu kleiner Chipfläche verbaut, so kann es bei Betrieb des Gleichrichters zu einer Überlastung und ggf. zur Zerstörung dieser Diode kommen. Dadurch kann der gesamte Gleichrichter bzw. Generator ausfallen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem falsche Diodentypen, insbesondere bezüglich der Art (z.B ZH oder ZR) oder der Chipgröße (Stromklasse), erkannt werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, an den Zenerdioden jeweils eine Ruhestrommessung und eine Kapazitätsmessung durchzuführen. Durch die Ruhestrommessung kann insbesondere der Diodentyp (z.B. ZH bzw. ZR) erkannt werden, da sich Zenerdioden mit unterschiedlichem Aufbau üblicherweise im Ruhestrom stark unterscheiden. Die Kapazitätsmessung dient insbesondere zur Unterscheidung unterschiedlicher Stromklassen von Dioden eines Typs. Durch die vorgeschlagene Ruhestrom- und Kapazitätsmessung können die Dioden geprüft und der Diodentyp als auch die Stromklasse genau und einfach bestimmt werden.

Die Ruhestrommessung wird vorzugsweise vor der Kapazitätsmessung durchgeführt. Dadurch kann bereits mit einer Messung zwischen Zenerdioden unterschiedlichen Typs (z.B ZH oder ZR) unterschieden werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird darüber hinaus die Zenerspannung Uz und die Kapazität C der einzelnen Dioden gemessen. Aus der Kapazität C und der Zenerspannung Uz wird vorzugsweise eine Dioden-Kenngröße berechnet werden, die hier als "Chipfaktor" bezeichnet wird. Für den Chipfaktor gilt: Chipfaktor = C + A1 · Uz + A0 wobei A0 und A1 Konstanten sind, die für jeden Diodentyp (z.B. ZR mit 35A oder ZR mit 50A) unterschiedlich sind. Anhand des Chipfaktors kann insbesondere die Chipgröße bzw. Stromklasse der Zenerdioden ermittelt werden.

Die Zenerdioden werden vorzugsweise im eingebauten Zustand – z.B. in einem Kühlkörper angeordnet – geprüft. Dies hat den Vorteil, dass die Zenerdioden nicht nochmals speziell zu Prüfzwecken gehandhabt werden müssen. Alternativ können die Zenerdioden auch im unverbauten Zustand geprüft werden. Dies ist kostengünstiger, da die Kühlkörper im Fehlerfall nicht verschrottet werden müssen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 einen aus dem Stand der Technik bekannten Brücken-Gleichrichter mit mehreren Zenerdioden;

2 den Chipfaktor über der Zenerspannung für verschiedene ZR-Dioden;

3 den Chipfaktor über der Zenerspannung für verschiedene ZH- und ZR-Dioden; und

4 ein Flußdiagramm zur Darstellung der wesentlichen Verfahrensschritte beim Testen von Zenerdioden.

Bezüglich der Erläuterung zu 1 wird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.

2 zeigt den Chipfaktor verschiedener Zenerdioden unterschiedlicher Stromklassen in Abhängigkeit von der Zenerspannung Uz. Der Chipfaktor ist dabei nach folgender Gleichung berechnet: Chipfaktor = C + A1 · Uz + A0

Kapazität C und Zenerspannung Uz werden mittels geeigneter Messgeräte gemessen.

Die Kennlinien repräsentieren von oben nach unten den Chipfaktor für verschiedene ZR-Zenerdioden der Stromklassen 80A, 65A, 50A und 35A. Da jede Stromklasse der ZR-Dioden einen unterschiedlichen Chipfaktor aufweist, können die einzelnen Diodentypen gut unterschieden werden.

3 zeigt den Verlauf des Chipfaktors für mehrere ZH- und ZR-Dioden unterschiedlicher Stromklassen. Zenerdioden mit gleichem Chipfaktor, wie z.B. ZH50 und ZR65 können aufgrund des identischen oder sehr ähnlichen Chipfaktors nicht unterschieden werden. Zenerdioden vom Typ ZH und ZR unterscheiden sich jedoch deutlich im Ruhestrom (Sperrstrom), wobei eine ZH-Diode üblicherweise einen Ruhestrom von wenigen nA und eine ZR-Diode einen Ruhestrom von wenigen &mgr;A aufweist. Durch Überprüfung des Ruhestroms und des Chipfaktors lassen sich die einzelnen Zenerdioden sowohl dem Typ als auch der Stromklasse nach eindeutig unterscheiden.

4 zeigt die wesentlichen Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Testen von Zenerdioden. Dabei wird in einem ersten Schritt 10 zunächst eine Ruhestrommessung durchgeführt. Aus dem Ruhestrom IR lässt sich bereits der Diodentyp ZR bzw. ZH unterscheiden. Zn Schritt 11 des Verfahrens erfolgt dann eine Kapazitätsmessung mittels eines geeigneten Testgeräts. Die Zenerspannung (Durchbruchspannung) wird in Schritt 12 gemessen und in Schritt 13 der Chipfaktor berechnet. Aus den einzelnen Messergebnissen kann schließlich eine Auswerteeinheit in Schritt 14 die getestete Diode erkennen, als „Gut-„ oder „Schlecht-Teil" bewerten und eine entsprechende Sortierung vornehmen. Die Reihenfolge der einzelnen Verfahrensschritte ist nicht in der dargestellten Weise zwingend. Das Verfahren ist jedoch besonders effektiv, wenn die Ruhestrommessung vor der Berechnung des Chipfaktors erfolgt.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das Testen von Zenerdioden des Typs ZR/ZH beschränkt sondern kann auf jeden beliebigen Diodentyp angewendet werden.

1Gleichrichter-Brückenschaltung 2Plus-Kühlkörper 3Minus-Kühlkörper 4, 5, 6Plusdioden 7, 8, 9Minusdioden 10–14Verfahrensschritte UzZenerspannung IRRuhestrom CKapazität

Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Testen von Zenerdioden (4-9), insbesondere Gleichrichterdioden eines Kfz-Generators, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ruhestrommessung (IR) und eine Kapazitätsmessung (C) der Zenerdioden (4-9) durchgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zenerspannung (Uz) der Zenerdioden (4-9) gemessen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Kapazität (C) und der Zenerspannung (Uz) eine Kenngröße ermittelt wird, anhand derer unterschiedliche Zenerdioden (4-9) erkannt werden können.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Typbestimmung erforderlichen Messungen im eingebauten Zustand der Zenerdioden (4-9) durchgeführt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zenerdioden (49) in einem Zustand getestet werden, in dem sie in einem Kühlkörper (2, 3) angeordnet sind.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zenerdioden (4-9) ZR- oder ZH-Zenerdioden unterschiedlicher Stromklassen sind.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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