CN101413983B - Igbt桥路及驱动保护电路检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种IGBT桥路及驱动保护电路检测装置，上位机经通讯总线与主控单元连接，主控单元产生控制信号经过驱动接口连接到待测单元，通过隔离探头阵列返回测量信息并实现对IGBT桥路及驱动保护电路检测。IGBT桥路及驱动保护电路检测装置检测流程，包括：检测装置自检测、IGBT桥路及驱动保护电路驱动性能检测、IGBT桥路及驱动保护电路控制逻辑检测、IGBT桥路及驱动保护电路故障保护功能检测、IGBT桥路及驱动保护电路整体运行性能检测，实现了在保证不损坏桥路关键器件的前提下，检查出电路连线，接口顺序等方面的错误，并定量检测驱动延迟时间，IGBT开关时间等电路参数，在进行批量化功率桥路制作时，可以快速对IGBT桥路及驱动保护电路的参数一致性进行检测。

Description

IGBT桥路及驱动保护电路检测装置 

技术领域

本发明涉及一种由IGBT构成的功率开关桥路及驱动保护电路的快速检测装置，尤其是地面核磁共振找水仪发射机的系统快速检测装置。 

背景技术

CN1917369公开了一种IGBT驱动器，包括整形电路、CPLD逻辑控制器、脉冲调制放大电路、隔离变压器、脉冲解调电路和输出放大电路；输入的PWM信号经整形电路，变为矩形波，再进入CPLD逻辑控制器实现逻辑处理，输出后经调制放大电路，产生尖脉冲信号经隔离变压器耦合到次级，由解调电路还原成PWM脉冲信号，最后通过输出放大电路驱动IGBT。 

CN1171649公布了一种全桥电路IGBT的门极驱动方法及其电路。该方法是使全桥电路中一支对角臂上的其中一只主控开关相对另一只主控开关延时ΔT关断；使全桥电路中另一支对角臂上的其中一只主控开关也相对另一只主控开关延时ΔT关断。这只需分别在现有全桥硬开关PWMDC/DC变换器中的每一对角臂上的两只主控开关之一的隔离驱动电路前增加一关断延时电路便可实现。 

CN 2596644公开了一种IGBT过流保护电路。它基于主控芯片UC3875，其中一个比较器的同向输入端接一个可变电阻，反向输入端接信号采样电路的输出端，输出端接触发器的触发端。触发器的输出端与主控芯片的5脚之间经过电阻相连接。同时触发器的输出端经电阻接一个三极管的基极，三极管的射极接地，集电极接一个二极管的阴极，二极管的阳极接主控芯片的6脚，三极管的基极与与之连接的电阻之间接有旁路电容。 

CN101191813提供了一种短路检测装置，包括：彼此串联的直流电源、限流电阻和至少一个显示单元，各显示单元并联有短路检测端子。其中，所述显示单元为发光二极管。本发明所述的短路检测装置设置有直流电源、限流电阻，在被测信号没有上电的情况下，就能够实现对被测的任意信号间是否存在短路的检测，且检测结果指示明显。 

上述公布的专利，对IGBT驱动器驱动，保护电路以及全桥构成等做了详细阐述，并公布了一种短路检测装置。但是上述各公布的电路在上电测试过程中，当桥路存在逻辑连接错误或者部分元件工作不正常时，会出现桥路直通短路等永久性损坏，该直通短路无法用CN101191813中公布的检测方法检测，导致浪费大量的人力和时间用在故障排除上。因此，需要一种IGBT桥路及驱动保护模块检测装置，在保证不损坏IGBT桥路模块的情况下，快速检查出电路连接中存在的逻辑错误及元件损坏，并对待测IGBT桥路及驱动保护模块的参数进行全面测试。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种能够用于IGBT桥路及驱动保护电路的快速检测装置。降低对批量制作的IGBT桥路的检测时间和人力，提高检测的安全性。 

本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 

上位机9经主控单元1与控制信号端口转换单元2连接，主控单元1通过端口N14与显示单元4连接，主控单元1通过端口N11与模拟故障信号转换单元5连接，主控单元1通过端口N16与测量电源6连接，主控单元1经逻辑切换单元3、隔离探头阵列8与模拟负载单元7连接，隔离探头阵列8与控制信号端口转换单元2连接构成。 

本发明的目的还可以通过以下技术方案实现： 

主控单元1是由通讯端口经MCU与可编程分频器连接，编程分频器连接高频时钟，控制信息输入单元经通讯端口经MCU与故障信号同步产生单元连接组成；隔离探头是由衰减器经光电耦合驱动器与高速光电耦合器连接构成；模拟负载单元7采用星形连接；隔离探头阵列8由10个参数一致，彼此独立的隔离探头T1-T10组成，T1-T6探头用于IGBT驱动性能及连接逻辑检测，T7-T9用于对模拟负载单元电压进行检测。 

有益效果：IGBT桥路及驱动保护电路检测装置用于对由IGBT构成的桥路及驱动保护电路进行快速、全面的工作性能检测，在保证不损坏桥路关键器件的前提下，检查出电路连线，端口顺序等方面的错误，并定量检测驱动延迟时间、IGBT开关时间等电路参数，在进行批量化功率桥路制作时，可以在几分钟内对IGBT桥路及驱动保护模块的工作参数进行安全、全面的检测；模拟负载单元7采用星形连接能满足不同IGBT桥路的要求；本发明既能满足由IGBT构成的H桥路检测，又能检测三相全桥的桥路检测需要； 

附图说明

附图1：为IGBT桥路及驱动保护电路检测装置结构框图 

附图2：为附图1主控单元1结构框图 

附图3：为附图1隔离探头阵列8子探头结构框图 

附图4：为附图1模拟负载单元7结构图 

附图5：为IGBT构成的H桥路及驱动电路检测电路图 

附图6：为IGBT构成的三相全桥及驱动电路检测电路图 

附图7：为IGBT桥路及驱动保护模块过流故障保护功能检测框图 

1主控单元，2控制信号接口转换单元，3逻辑切换单元，4显示单元，5模拟故障信号转换单元，6测量电源，7模拟负载单元，8隔离探头阵列，9上位机。

O1测量电源端口，O2驱动板卡的保护功能端口，O3控制信号输入端口，O4桥路输出端口，O5隔离检测探头端口，O6装置电源端口 

具体实施方式

下面结合附图和实施例作进一步详细说明： 

上位机9经主控单元1与控制信号端口转换单元2连接，主控单元1通过端口N14与显示单元4连接，主控单元1通过端口N11与模拟故障信号转换单元5连接，主控单元1通过端口N16与测量电源6连接，主控单元1经逻辑切换单元3、隔离探头阵列8与模拟负载单元7连接，隔离探头阵列8与控制信号端口转换单元2连接构成。主控单元1是由通讯端口经MCU与可编程分频器连接，编程分频器连接高频时钟，控制信息输入单元经通讯端口经MCU与故障信号同步产生单元连接组成；隔离探头是由衰减器经光电耦合驱动器与高速光电耦合器连接构成；模拟负载单元7采用星形连接；隔离探头阵列8由10个参数一致，彼此独立的隔离探头T1-T10组成，T1-T6探头用于IGBT驱动性能及连接逻辑检测，T7-T9用于对模拟负载单元电压进行检测。 

主控单元1通过N15端口的通讯总线与上位机9连接，主控单元1通过端口N14与显示单元4连接，主控单元1通过端口N11与模拟故障信号转换单元5连接，主控单元1通过N12端口与控制信号接口转换单元2连接，主控单元1通过端口N13与逻辑切换单元3连接，控制信号接口转换单元2通过端口N22与隔离探头阵列8的T1-T6探头连接，模拟故障信号转换单元5通过N52端口与隔离探头阵列8的T10探头连接，隔离探头阵列8另一端与逻辑切换单元3连接，隔离探头阵列8与模拟负载单元7连接，主控单元1与测量电源6连接，IGBT桥路及驱动保护模块检测装置自检测时，主控单元1不与测量电源6连接，IGBT桥路及驱动保护模块检测装置进行控制信号及探头连接逻辑自检测时，信号流向为：9→1→2→8→3→1→4。 

控制信号接口转换单元2主要完成将主控单元1产生的控制信号转换为不同的待测IGBT桥路及驱动保护模块所需求的电气标准和逻辑的输入控制信号，通过输出端口N21端口输出。同时，控制信号接口转换单元2给出了用于系统自检测的端口N22，该端口的逻辑关系与输出到待测IGBT桥路及驱动保护模块的逻辑关系相同，但是电气规范符合隔离检测探头阵列的电气检测规范。 

模拟故障信号转换单元5负责将主控单元1产生的参数一定的模拟故障信号转换为能够施加于待测IGBT桥路及驱动保护模块的信号，并通过N51端口输出用于待测IGBT桥路及驱动保护模块10的保护功能检测。N52端口为自检测模拟故障信号输出端口，该端口的另外一个功能是用来对隔离探头阵列中的探头(T1-T10)进行自检测。 

模拟负载单元(7)由三个参数一致的阻抗元件构成，各阻抗元件的一端连 接到一起。自检测模式，模拟负载阻抗不连入整个装置。正常检测模式下，模拟负载单元通过N71端口与待测IGBT桥路及驱动保护模块连接，N72端口与隔离探头T7-T9连接，用来对负载端电压波形进行检测。 

检测装置自检测与标定： 

第一步：探头阵列功能检测及延时参数标定。主控单元1产生频率、时间长度、死区时间、逻辑等参数固定的控制信号，经端口N11送入模拟故障信号转换单元5，并通过其自检测端口N52输出。将隔离探头阵列8中的T1-T10探头依次连接到N52端口进行检测，探头检测信号经过逻辑切换单元3转换，送入到主控单元1中，主控单元1通过计算控制信号发送时刻与探头检测到控制信号返回到主控单元1的时刻的时间差，对探头的正常检测功能进行验证，并标定每一个探头的自身测量延迟参数，该参数用来对正常检测时的测量结果进行修正。自检测结果送入显示单元4显示。 

第二步：探头阵列连接逻辑自检测。将经过标定后的隔离探头T1-T6按照实际测量时的逻辑顺序连接到测量控制信号接口转换单元2的N22自检测端口，隔离探头的输出信号，经过逻辑切换单元3转换，输入主控单元1的N13端口，主控单元1对多路返回信号的驱动逻辑关系进行判断，完成正常检测模式下的装置端口输出逻辑检测，检测结果送入显示单元4显示。 

第三步：IGBT桥路及驱动保护模块的保护检测功能自检测，主控单元1产生模拟故障触发信号，该故障触发信号触发模拟故障信号转换单元5，通过N52端口产生模拟故障系统自检测信号，隔离探头阵列8的T10探头接到N52端口。T10探头输出自检测信号经逻辑切换单元3后，送入主控单元1中进行计算，得到装置的保护功能检测回路自检测延时等参数，用于对正常检测时测量结果进行修正。测量结果送入显示单元4显示。 

IGBT桥路及驱动保护电路检测： 

将检测装置的O1、O2、O3、O4、O5、端口通过导线与被检测装置的O1、O2、O3、O4、O5、对应连接。 

1、IGBT桥路及驱动保护模块控制逻辑及死区时间检测 

在对IGBT构成的H桥路进行检测时，测量装置与待测模块的硬件连接关系如附图5所示，工作流程叙述如下：主控单元1产生模拟控制信号，通过控制信号接口转换单元2的N21接口，产生相应的驱动信号送入待测IGBT桥路及驱动保护模块10的O3端口(驱动器控制信号输入端口)，探头T1、T2、T4、T5分别按照图5所示连接于IGBT的栅极和源极检测驱动信号。将一端桥臂的检测探头T1、T3分别与另外一个桥臂的检测探头T2、T4进行逻辑与，逻辑与的结果为高，表明驱动逻辑存在错误，由主控单元1识别并送入显示单元4显示。将T1、T3分别与T2、T4进行逻辑异或后，输出结果送入主控单元1后，由主控 单元对两个桥臂的死区时间以及桥臂参数一致性进行测量和计算。上述测量步骤完成后，运用自检测模式下获得的系统自身延迟时间对测量结果进行修正并将测量结果送入显示单元4显示。 

在装置对三相IGBT全桥功率模块进行检测时，主控单元产生用于三相全桥电路检测的六路三相驱动信号，通过N12端口输出到控制信号接口转换单元2，并经由其N21端口输出到待测IGBT桥路的O3端口。隔离探头阵列的T1-T6探头分别连接到三相全桥的每个IGBT的栅极和源极，测量驱动信号。探头测量输出连接到逻辑切换单元3中，逻辑切换单元3按照主控单元发送的指令，将上管(T1、T2、T3)驱动检测探头输出分别与下管(T4、T5、T6)驱动检测探头输出进行逻辑运算，运算结果送入主控单元1进行判断，并根据发射频率确定三相控制信号的相位关系。具体判断过程为：分别将上管探头检测结果与下管探头检测结果进行逻辑与和逻辑异或，逻辑与结果用来判断属于同一桥臂的一对上下管，并用此结果判断实际连接逻辑是否存在逻辑连接错误，其结果送入主控单元1。逻辑异或信号作为死区时间测量信号和三相全桥输入逻辑信号相位关系检测的依据，由主控单元1完成测量计算。完成上述检测后，测量结果输出到显示单元4显示。 

2、驱动器驱动性能检测 

主要检测驱动器驱动延时、不同频率下驱动器驱动性能和驱动器长时间工作可靠性。 

主控单元1根据上位机9设置的参数和待测IGBT电路及驱动保护电路10的电路形式，产生模拟实际工作时的控制信号，该信号经过控制信号接口转换单元2的N21端口输出到待测IGBT桥路及驱动保护模块的O3端口。隔离探头T1-T6按照待测桥路形式连接于待测IGBT桥路及驱动保护模块的O5端口，探头T7-T10不连接。附图5和附图6分别给出了检测IGBT构成的H桥路与三相全桥电路驱动器驱动性能检测的装置硬件连接示意图。逻辑切换单元3将隔离探头阵列8的T1-T6探头输出信号进行切换后按照顺序分别送入主控单元1进行检测，测量结果送入显示单元显示。 

完成延时测量后，主控单元1按照顺序产生多组频率不同，脉冲数相同的控制信号，并按照前一步骤中的检测过程，完成对驱动器的工作性能随频率变化的驱动性能检测。同时，主控单元1对驱动器板卡驱动输出信号的延时与脉冲个数进行测量，检测长时间工作时待测IGBT驱动器驱动性能。 

3、IGBT桥路及驱动模块过流保护功能检测 

需要将驱动板卡与IGBT的集电极的连接线断开，并分别将模拟故障信号转换单元的两个输出端子连接到每一块驱动板卡与对应IGBT的集电极和E极连接的端子，附图7给出了具体的连接方法。该步骤中测量电源6未待测模块连接， 模拟负载单元未与待测模块O4端口连接。探头T10连接到N52端口，T7-T9不连接，隔离探头阵列8其余探头按照步骤b中的连接顺序连接。连线完毕后，主控单元1产生模拟的控制信号，送入待测驱动器，整套检测装置处于正常工作状态。主控单元1产生模拟故障信号触发信号，该信号送入模拟故障信号转换单元5，通过N51接口产生模拟故障信号并输出到待测驱动板卡上。此时，保护电路在检测到模拟故障信号后，桥路驱动信号会自动关闭，检测驱动板卡驱动信号的隔离探头T1-T6实时反馈驱动信号进行保护动作的过程。探头传回的桥路驱动信号经过逻辑切换单元3的逻辑切换，送入主控单元1，检测保护电路是否正常动作，并测量保护电路的动作时间。根据装置自检测时获得的装置本身延时信息，得到校正后的测量结果并送到显示单元4显示。 

4、待测IGBT桥路及驱动保护模块整体运行性能检测 

主控单元1产生控制信号经过控制信号端口转接单元2的N21端口，连接到待测IGBT桥路及驱动保护模块10的O3端口，并在模拟负载单元7上形成电压波形。当待测IGBT桥路及驱动保护模块为H桥路形式时，将探头T1、T2并联反接置于模拟负载单元7两端(L1与L4端)，T1、T2的输出信号经过逻辑切换单元3送入到主控单元1进行检测，主控单元结合前几步的延迟时间测量结果并测量模拟负载单元7返回的信号与控制信号间的延迟时间，测量IGBT桥路的开关动作时间，并将测量结果送入显示单元4显示。在对三相全桥电路进行检测时，检测方法如下：按照顺序编号的隔离检测探头T7-T9分别连接于L1、L4，L2、L4，L3、L4端。三路探头检测信号经过逻辑切换单元3，送入主控单元1进行检测与判断，通过检测三相负载上的电压波形的时间与相位关系，对三相全桥IGBT电路的整体工作性能及IGBT开关时间进行检测与标定。 

完成上述4个步骤后，IGBT桥路及驱动保护模块检测装置完成了对一套待测装置的检测过程，按照规定流程操作，几分钟即可完成检测过程，获得用户关心的待测IGBT桥路及驱动保护模块的参数。

Claims (5)

1.一种IGBT桥路及驱动保护电路的检测装置，其特征在于，上位机(9)经主控单元(1)与控制信号端口转换单元(2)连接，主控单元(1)通过端口N14与显示单元(4)连接，主控单元(1)通过端口N11与模拟故障信号转换单元(5)连接，主控单元(1)通过端口N16与测量电源(6)连接，主控单元(1)经逻辑切换单元(3)、隔离探头阵列(8)与模拟负载单元(7)连接，隔离探头阵列(8)与控制信号端口转换单元(2)连接构成。

2.按照权利要求1所述的IGBT桥路及驱动保护电路的检测装置，其特征在于，主控单元(1)是由通讯端口经MCU与可编程分频器连接，可编程分频器连接高频时钟，控制信息输入单元经MCU与故障信号同步产生单元连接组成。

3.按照权利要求1所述的IGBT桥路及驱动保护电路的检测装置，其特征在于，隔离探头是由衰减器经光电耦合驱动器与高速光电耦合器连接构成。

4.按照权利要求1所述的IGBT桥路及驱动保护电路的检测装置，其特征在于，模拟负载单元(7)采用星形连接。

5.按照权利要求1所述的IGBT桥路及驱动保护电路的检测装置，其特征在于，隔离探头阵列(8)由10个参数一致，彼此独立的隔离探头T1-T10组成，T1-T6探头用于IGBT驱动性能及连接逻辑检测，T7-T9用于对模拟负载单元电压进行检测。

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