CN102879726A

CN102879726A - 一种igbt模块性能检测装置及方法

Info

Publication number: CN102879726A
Application number: CN2012104183500A
Authority: CN
Inventors: 吕永宾; 彭再武
Original assignee: Hunan CSR Times Electric Vehicle Co Ltd
Current assignee: Changsha CRRC Zhiyu New Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2032-10-29
Also published as: CN102879726B

Abstract

本发明公开了一种IGBT模块性能检测装置及方法，包括：电流发生电路，用于提供强电流流过待测IGBT模块的基极和射极；控制板，用于控制整个变流模块的智能化工作并发出脉冲信号；控制板，用于控制整个变流模块的智能化工作并发出脉冲信号；驱动板，用于将控制板提供的脉冲信号进行放大，使之成为IGBT模块的门极驱动脉冲。更改电路参数并不断测试，最终确定待测IGBT模块的最佳门极电阻及最优死区时间。

Description

一种IGBT模块性能检测装置及方法

技术领域

本发明涉及半导体器件绝缘栅双极型晶体管IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)的性能检测设备，具体涉及一种IGBT模块性能检测装置及方法。

背景技术

随着变流产品市场的不断扩大，不同功率等级的产品会越来越多，在变流产品内部结构中， IGBT模块是其最核心也是最基本的元器件，变流器硬件设计中，IGBT模块的选型、驱动脉冲的性能以及一些极限条件下的保护性能对整个变流系统的起着决定性的作用，其特性直接决定了整个变流器的性能。如门极电阻过大时，IGBT模块的开通与关断时间增加，进而使脉冲开通能耗和关断能损也增加。当门级电阻过小时，会引起IGBT模块的误导通，电阻值过小时也会造成驱动脉冲振荡。死区时间也是很关键的一个参数，过小可能导致IGBT模块误导通，烧坏整个IGBT模块。死区时间过长会使输出电压电流波形失真，影响整个模块的工作性能。

在设计过程中如果只依靠经验，理论计算，数据分析及仿真完全不能实现高质量变流器的设计要求，等产品设计生产完成后，再通过试验来检测各项性能，不仅耽搁产品的开发周期，更主要的是不能保证产品开发的成功率。

因此需要提出一种装置，对IGBT模块的性能进行全面检测。经初步检索，尚未发现与本发明内容相同或相近的现有公开技术方案。

发明内容

基于背景技术中的原因，本发明设计一种IGBT模块性能检测装置及方法，检测IGBT模块的性能，确定其最佳工作参数，为后期变流产品设计提供参考依据。

本发明采用的技术方案是：

一种IGBT模块性能检测装置，包括：

电流发生电路，用于提供强电流流过待测IGBT模块的基极和射极；

控制板，用于控制整个变流模块的智能化工作并发出脉冲信号；

驱动板，用于将控制板提供的脉冲信号进行放大，使之成为IGBT模块的门极驱动脉冲；

所述电流发生电路正端连接待测IGBT模块的基极，负端通过斩波电阻连接待测IGBT模块的射极，所述控制板连接所述驱动板，所述驱动板连接待测IGBT模块的门极。

进一步地，所述控制板还控制所述电流发生电路的工作使能信号，所述电流发生电路就绪，控制板才允许控制发出门极驱动脉冲。

进一步地，所述电流发生电路为电容放电式结构，具体包括直流高压电源、电容、预充电开关、充电电阻、主开关、斩波电阻、第一电压传感器和第二电压传感器，所述直流高压电源的正负端连接所述电容两极板；电容两端分别连接待测IGBT模块的基极和斩波电阻；所述预充电开关串联所述充电电阻再与所述主开关并联构成开关电路，该开关电路连接在所述直流高压电源与所述电容之间；所述第一电压传感器与所述直流高压电源并联，所述第二电压传感器与所述电容并联。

进一步地，所述控制板为带DSP芯片的电子电路板，包括电源模块、模拟量输入模块、数字量输入模块、控制信号输出模块、驱动脉冲输出模块和CAN通讯模块，所述电源模块、模拟量输入模块、控制信号输出模块、驱动脉冲输出模块和CAN通讯模块均连接DSP芯片；所述电源模块为整个控制板提供电能，所述模拟量输入模块设有模拟信号接口，用于接收各类模拟信号；数字量输入模块设有数字信号接口，用于接收各类数字信号；所述控制信号输出模块输出的控制信号控制所述驱动板及所述电流发生电路工作；所述驱动脉冲输出模块用于输出门极驱动脉冲；所述通讯模块用于与上位机进行通讯。

进一步地，所述驱动板包括集成驱动模块和外围辅助电路，所述集成驱动模块包括DC/DC转换电路、输入处理电路、驱动输出及逻辑保护电路，所述DC/DC转换电路连接所述输入处理电路，所述输入处理电路连接所述驱动输出及逻辑保护电路。

进一步地，所述数字量输入模块至少设有三路开关输入接口，分别为脉冲使能输入、双脉冲输入及连续脉冲输入。

进一步地，所述电流发生电路的第一电压传感器和第二电压传感器的输出信号连接至所述控制板上模拟量输入模块上模拟接口上，所述模拟量输入模块还接有两个变阻器，用于调节门极驱动脉冲的频率和脉宽。

进一步地，电流发生电路的预充电开关与主开关均为可控开关，其控制信号由所述控制板上控制信号输出模块发出，同时该控制信号输出模块还输出故障报警信号。

一种IGBT模块性能检测方法，通过电流发生电路在待测IGBT模块的基极和射极之间加高压，由控制板发送不同数量、不同频率、不同脉宽的门极驱动脉冲，再由驱动板对门极驱动脉冲进行放大，驱动IGBT模块导通，更改待测IGBT模块门极电阻和决定其最优死区时间的电路元器件，并不断测试，最终确定IGBT模块的最佳门极电阻及最优死区时间。

进一步地，控制板控制预充电开关闭合，先对所述电容进行小电流充电，当检测到所述两个电压传感器电压相接近时，所述控制板自动断开预充电开关闭合主开关，由电容向待测IGBT模块供电，再由操作人员选择发出双脉冲或者连续脉冲，检测待测IGBT的工作状态及基本性能，更改待测IGBT模块门极电阻和决定其最优死区时间的电路元器件，并通过不断测试，最终确定待测IGBT模块的最佳门极电阻及最优死区时间。

本发明的优点在于：

1）电流发生电路采用电容放电式结构，其主要作用是稳定中间直流电压，提供瞬时能量交换，与电源及负载交换无功，为IGBT模块提供稳定直流电压；

2）涉及独特的控制板，通过控制板可以调节IGBT模块门极触发脉冲的数量、频率和脉宽，实验者可以根据待测IGBT模块的需要灵活调整试验参数，最大程度确保试验的可靠性；

3）本发明虽然需要控制的控制量较多，但是均通过控制板进行自动控制，实验者只需完成简单的操作和电路元件的替换，即可确定待测IGBT模块的最佳门极电阻和最优死区时间，为接下来的变流产品设计提供了良好的器件基础。

附图说明

图1为本发明所述IGBT模块性能检测装置的电路框图；

图2为本发明所述控制板的电路原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式来进一步阐述本发明。

如图1所示，一种IGBT模块性能检测装置，包括：

所述电流发生电路正端连接待测IGBT模块的基极，负端连接斩波电阻，所述控制板连接所述驱动板，所述驱动板连接待测IGBT模块的门极。

作为本发明所述一种IGBT模块性能检测装置的进一步实施方式，所述控制板还控制所述电流发生电路的工作使能信号，所述电流发生电路就绪，控制板才允许控制发出门及驱动脉冲。

作为本发明所述一种IGBT模块性能检测装置的进一步实施方式，所述电流发生电路为电容放电式结构，具体包括直流高压电源、电容、预充电开关、充电电阻、主开关、斩波电阻、第一电压传感器和第二电压传感器，所述直流高压电源的正负端连接所述电容两极板；电容两端分别连接待测IGBT模块的基极和斩波电阻；所述预充电开关串联所述充电电阻再与所述主开关并联构成开关电路，该开关电路连接在所述直流高压电源与所述电容之间；所述第一电压传感器与所述直流高压电源并联，所述第二电压传感器与所述电容并联。

作为本发明所述一种IGBT模块性能检测装置的进一步实施方式，如图2所示，所述控制板为带DSP芯片的电子电路板，包括电源模块、模拟量输入模块、数字量输入模块、控制信号输出模块、驱动脉冲输出模块和CAN通讯模块，所述电源模块、模拟量输入模块、控制信号输出模块、驱动脉冲输出模块和CAN通讯模块均连接DSP芯片；所述电源模块为整个控制板提供电能，所述模拟量输入模块设有模拟信号接口，用于接收各类模拟信号；数字量输入模块设有数字信号接口，用于接收各类数字信号；所述控制信号输出模块输出的控制信号控制所述驱动板及所述电流发生电路工作；所述驱动脉冲输出模块用于输出门极驱动脉冲；所述通讯模块用于与上位机进行通讯。

作为本发明所述一种IGBT模块性能检测装置的进一步实施方式，所述驱动板包括集成驱动模块和外围辅助电路组成，所述集成驱动模块包括DC/DC转换电路、输入处理电路、驱动输出及逻辑保护电路，所述集成驱动模块包括DC/DC转换电路、输入处理电路、驱动输出及逻辑保护电路，所述DC/DC转换电路连接所述输入处理电路，所述输入处理电路连接所述驱动输出及逻辑保护电路。DC/DC转换电路的功能是将输入部分与工作部分进行隔离，而其输入处理电路由LDI芯片及其外围电路组成，驱动输出及逻辑保护电路的核心芯片是IGD；IGD芯片将变压器接口、过流短路保护、阻断逻辑生成、反馈状态记录、供电监视和输出阶段识别等功能都已集成在一起。每个IGD芯片用于一个通道，其具体功能是对脉冲变压器传来的PWM信号进行解码，对PWM信号进行功率放大，对IGBT的短路、过流及电源的欠压检测保护，并向LDI芯片反馈状态，以产生短路保护的响应时间和阻断时间等。

作为本发明所述一种IGBT模块性能检测装置的进一步实施方式，所述数字量输入模块至少设有三路开关输入接口，分别为脉冲使能输入、双脉冲输入及连续脉冲输入。

作为本发明所述一种IGBT模块性能检测装置的进一步实施方式，所述电流发生电路的第一电压传感器和第二电压传感器的输出信号连接至所述控制板上模拟量输入模块上模拟接口上，所述模拟量输入模块还接有两个变阻器，用于调节门极驱动脉冲的频率和脉宽。

作为本发明所述一种IGBT模块性能检测装置的进一步实施方式，电流发生电路的预充电开关与主开关为可控开关，其控制信号由所述控制板上控制信号输出模块发出，同时该控制信号输出模块还输出故障报警信号。

作为本发明所述一种IGBT模块性能检测方法的进一步实施方式，控制板控制预充电开关闭合，先对所述电容进行小电流充电，当检测到所述两个电压传感器电压相接近时，所述控制板自动断开预充电开关闭合主开关，由电容向待测IGBT模块供电，再由操作人员选择发出双脉冲或者连续脉冲，检测待测IGBT的工作状态及基本性能，更改待测IGBT模块门极电阻和决定其最优死区时间的电路元器件，并通过不断测试，最终确定待测IGBT模块的最佳门极电阻及最优死区时间。

实施例：

如图1所示，一种IGBT模块性能检测装置，包括：电流发生电路1、控制板2和驱动板3，所述电流发生电路1为电容放电式结构，具体包括直流高压电源、电容C、预充电开关K0、充电电阻R1、主开关K1、斩波电阻R2、第一电压传感器VS1和第二电压传感器VS2；如图2所示，所述控制板2为带DSP芯片的电子电路板，包括电源模块、模拟量输入模块、数字量输入模块、控制信号输出模块、驱动脉冲输出模块和CAN通讯模块，所述所述数字量输入模块至少设有三路开关输入接口，分别为脉冲使能输入J1、双脉冲输入J2及连续脉冲输入J3，所述模拟量输入模块设有两路可变电阻P1和P2，其中P1用于调节脉冲频率，P2用于调节脉冲宽度，所述模拟量输入模块还接收来自第一电压传感器VS1和第二电压传感器VS2的电压模拟量；所述电流发生电路1的预充电开关K0与主开关K1为可控开关，其控制信号均由控制板2上的控制信号输出模块输出。

本实施例的工作原理为：控制板2控制预充电开关K0闭合，小电流给电容C充电，当检测到第一电压传感器VS1和第二电压传感器VS2上的电压差在50V以内时，则表示电容C充电完成，控制板2控制预充电开关K0断开，主开关K1闭合，此时电流发生电路1准备就绪，可以进行下一步动作；此时闭合开关J1，表示脉冲允许发出，实验者根据需要控制开关J2或J3选择发出双脉冲或者连续脉冲，在J2或J3闭合的同时，此时门极触发脉冲已发出，待测IGBT模块导通，电容C通过斩波电阻R2放电，完成一个控制周期。在待测IGBT模块导通的时候检测其工作状态，更改待测IGBT模块门极电阻和决定其最优死区时间的电路元器件后进行下一次试验，通过不断测试检测，最终确定待测IGBT模块的最佳门极电阻及最优死区时间。

以上实施例仅为本发明的优选实施例，并不对本发明作任何限制，本领域普通技术人员在不脱离本发明的实质及技术启示下所作的变形和润饰，均应视为在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围具体视其权利要求书而定。

Claims

1.一种IGBT模块性能检测装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述一种IGBT模块性能检测装置，其特征在于，所述控制板还控制所述电流发生电路的工作使能信号，所述电流发生电路就绪，控制板才允许控制发出门及驱动脉冲。

3.根据权利要求1所述一种IGBT模块性能检测装置，其特征在于，所述电流发生电路为电容放电式结构，具体包括直流高压电源、电容、预充电开关、充电电阻、主开关、斩波电阻、第一电压传感器和第二电压传感器，所述直流高压电源的正负端连接所述电容两极板；电容两端分别连接待测IGBT模块的基极和斩波电阻；所述预充电开关串联所述充电电阻再与所述主开关并联构成开关电路，该开关电路连接在所述直流高压电源与所述电容之间；所述第一电压传感器与所述直流高压电源并联，所述第二电压传感器与所述电容并联。

4.根据权利要求1所述一种IGBT模块性能检测装置，其特征在于，所述控制板为带DSP芯片的电子电路板，包括电源模块、模拟量输入模块、数字量输入模块、控制信号输出模块、驱动脉冲输出模块和CAN通讯模块，所述电源模块、模拟量输入模块、控制信号输出模块、驱动脉冲输出模块和CAN通讯模块均连接DSP芯片；所述电源模块为整个控制板提供电能，所述模拟量输入模块设有模拟信号接口，用于接收各类模拟信号；数字量输入模块设有数字信号接口，用于接收各类数字信号；所述控制信号输出模块输出的控制信号控制所述驱动板及所述电流发生电路工作；所述驱动脉冲输出模块用于输出门极驱动脉冲；所述通讯模块用于与上位机进行通讯。

5.根据权利要求1所述一种IGBT模块性能检测装置，其特征在于，所述驱动板包括集成驱动模块和外围辅助电路组成，所述集成驱动模块包括DC/DC转换电路、输入处理电路、驱动输出及逻辑保护电路，所述DC/DC转换电路连接所述输入处理电路，所述输入处理电路连接所述驱动输出及逻辑保护电路。

6.根据权利要求4所述一种IGBT模块性能检测装置，其特征在于，所述数字量输入模块至少设有三路开关输入接口，分别为脉冲使能输入、双脉冲输入及连续脉冲输入。

7.根据权利要求4所述一种IGBT模块性能检测装置，其特征在于，所述电流发生电路的第一电压传感器和第二电压传感器的输出信号连接至所述控制板上模拟量输入模块上模拟接口上，所述模拟量输入模块还接有两个变阻器，用于调节门极驱动脉冲的频率和脉宽。

8.根据权利要求4所述一种IGBT模块性能检测装置，其特征在于，电流发生电路的充电开关与放电开关为可控开关，其控制信号由所述控制板上控制信号输出模块发出，同时该控制信号输出模块还输出故障报警信号。

9.一种IGBT模块性能检测方法，其特征在于，通过电流发生电路在待测IGBT模块的基极和射极之间加高压，由控制板发送不同数量、不同频率、不同脉宽的门极驱动脉冲，再由驱动板对门极驱动脉冲进行放大，驱动IGBT模块导通，更改待测IGBT模块门极电阻和决定其最优死区时间的电路元器件，并不断测试，最终确定IGBT模块的最佳门极电阻及最优死区时间。

10.根据权利要求9所述一种IGBT模块性能检测方法，其特征在于，控制板控制预充电开关闭合，当检测到所述两个电压传感器电压相接近时，同时所述控制板发出控制信号控制断开预充电开关，闭合主开关，由电容向待测IGBT模块放电供电；由操作人员选择发出双脉冲或者连续脉冲，检测待测IGBT的工作状态及基本性能，更改待测IGBT模块门极电阻和决定其最优死区时间的电路元器件，并不断测试，最终确定待测IGBT模块的最佳门极电阻及最优死区时间。