CN104198907A - 功率器件漏电流检测装置及智能功率模块检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率器件漏电流检测装置，该电路包括高压供电电源、漏电流检测单元、功率器件、第一电阻、下位机控制芯片及上位机控制主机；高压供电电源用于为该功率器件漏电流检测电路提供漏电检测用的供电电源；漏电流检测单元用于对功率器件在关断状态时的漏电流信号进行检测，并将该漏电流信号转换为电压信号输出至下位机控制芯片；第一电阻用于关断功率器件；下位机控制芯片用于控制漏电流检测单元对所述漏电流信号的检测工作；上位机控制主机用于对该漏电流信号进行存储及显示。本发明还提供一种智能功率模块检测设备。本发明提供的该功率器件漏电流检测装置的价格较低廉，并且，该功率器件漏电流检测装置还能够实现批量检测功能。

Description

功率器件漏电流检测装置及智能功率模块检测设备

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种功率器件漏电流检测装置及智能功率模块检测设备。

背景技术

半导体功率器件(下称功率器件)是具有处理高电压、大电流能力的半导体器件，其电压处理范围可以从几十伏到几千伏，其电流处理能力最高可达几千安培。现有技术中，功率器件通常用于实现家电产品的变频、变压、变流及功率管理等功能。功率器件在被用于变频、变压、变流及功率管理时，其通常情况下是用作开关使用，而功率器件用作开关使用时，其在关断时的漏电流检测是检测功率器件好坏的一个重要指标。

然而，现有检测技术中，都是通过特殊的检测仪器来实现对功率器件的漏电流检测功能，比如常用的晶体管图示仪，但是晶体管图示仪仅适用于个别单体的测试，而无法进行批量测试，且晶体管图示仪的价格非常昂贵，使得该晶体管图示仪无法应用于量产的产品检测；另外，目前也还有其他的一些检测方法，比如，采用NI公司的数字万用表、数字电源及板卡等集成套件对功率器件的漏电流进行检测，但是，该检测方法较繁琐，且检测仪器的价格也较昂贵。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种价格低廉，且能够实现批量检测功能的功率器件漏电流检测装置。

为实现上述目的，本发明提供一种功率器件漏电流检测装置，所述功率器件漏电流检测装置包括高压供电电源、漏电流检测单元、功率器件、第一电阻、下位机控制芯片及上位机控制主机；其中，

所述高压供电电源，用于为所述功率器件漏电流检测电路提供漏电检测用的供电电源；

所述漏电流检测单元，用于对所述功率器件在关断状态时的漏电流信号进行检测，并将所述漏电流信号转换为电压信号输出至所述下位机控制芯片；

所述第一电阻，用于关断所述功率器件；

所述下位机控制芯片，用于控制所述漏电流检测单元对所述漏电流信号的检测工作；

上位机控制主机，用于对所述漏电流信号进行存储及显示；

所述高压供电电源与所述功率器件的电流输入端连接；所述漏电流检测单元的检测输入端与所述功率器件的电流输出端连接，所述漏电流检测单元的检测输出端与所述下位机控制芯片的信号输入端连接；所述功率器件的电流输出端还经所述漏电流检测单元接地；所述第一电阻的第一端与所述功率器件的控制端连接，所述第一电阻的第二端接地；所述下位机控制芯片的信号输出端与所述上位机控制主机的输入端连接，所述下位机控制芯片的控制输出端与所述漏电流检测单元的控制端连接。

优选地，所述漏电流检测单元包括漏电流检测电阻、电压跟随器、正向比例放大器、采样保持电路及A/D转换模块；其中，

所述漏电流检测电阻的第一端与所述功率器件的电流输出端连接，所述漏电流检测电阻的第二端接地；所述电压跟随器的输入端与所述漏电流检测电阻的第一端连接，所述电压跟随器的输出端与所述正向比例放大器的输入端连接；所述正向比例放大器的输出端与所述采样保持电路的输入端连接；所述采样保持电路的输出端与所述A/D转换模块的信号输入端连接，所述采样保持电路的控制端与所述下位机控制芯片的第一控制输出端连接；所述A/D转换模块的信号输出端与所述下位机控制芯片的信号输入端连接，所述A/D转换模块的控制输入端与所述下位机控制芯片的第二控制输出端连接。

优选地，所述正向比例放大器包括第一集成运算放大器、第二电阻、第三电阻及第四电阻；其中，

所述第二电阻的第一端与所述电压跟随器的输出端连接，所述第二电阻的第二端与所述第一集成运算放大器的正输入端连接；所述第一集成运算放大器的负输入端经第四电阻接地，所述第一集成运算放大器的输出端经所述第三电阻与其正输入端连接。

优选地，所述采样保持电路包括第五电阻、第二集成运算放大器、控制开关及第一电容；其中，

所述第五电阻的第一端与所述第一集成运算放大器的输出端连接，所述第五电阻的第二端与所控制开关的一端连接；所述控制开关的另一端与所述第二集成运算放大器的正输入端连接，所述控制开关的控制端与所述下位机控制芯片的所述第一控制输出端连接；所述第二集成运算放大器的正输入端还经所述第一电容接地，所述第二集成运算放大器的输出端与其负输入端连接，所述第二集成运算放大器的输出端还与所述A/D转换模块的信号输入端连接。

优选地，所述电压跟随器包括第三集成运算放大器；所述第三集成运算放大器的正输入端与所述漏电流检测电阻的第一端连接，所述第三集成运算放大器的负输入端与其输出端连接，所述第三集成运算放大器的输出端与所述第二电阻的第一端连接。

优选地，所述上位机控制主机包括串口、数据处理单元及数据存储及显示单元；其中，

所述数据处理单元的输入端经所述串口与所述下位机控制芯片的信号输出端连接，所述数据处理单元的输出端与所述数据存储及显示单元连接。

优选地，所述采样保持电路中的所述控制开关为MOS管。

优选地，所述MOS管为PMOS管。

优选地，所述功率器件为IGBT管。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种智能功率模块检测设备，所述智能功率模块检测设备包括功率器件漏电流检测装置，所述功率器件漏电流检测装置包括高压供电电源、漏电流检测单元、功率器件、第一电阻、下位机控制芯片及上位机控制主机；其中，

所述高压供电电源，用于为所述功率器件漏电流检测电路提供漏电检测用的供电电源；

所述漏电流检测单元，用于对所述功率器件在关断状态时的漏电流信号进行检测，并将所述漏电流信号转换为电压信号输出至所述下位机控制芯片；

所述第一电阻，用于关断所述功率器件；

所述下位机控制芯片，用于控制所述漏电流检测单元对所述漏电流信号的检测工作；

上位机控制主机，用于对所述漏电流信号进行存储及显示；

所述高压供电电源与所述功率器件的电流输入端连接；所述漏电流检测单元的检测输入端与所述功率器件的电流输出端连接，所述漏电流检测单元的检测输出端与所述下位机控制芯片的信号输入端连接；所述功率器件的电流输出端还经所述漏电流检测单元接地；所述第一电阻的第一端与所述功率器件的控制端连接，所述第一电阻的第二端接地；所述下位机控制芯片的信号输出端与所述上位机控制主机的输入端连接，所述下位机控制芯片的控制输出端与所述漏电流检测单元的控制端连接。

本发明提供的功率器件漏电流检测装置，包括高压供电电源、漏电流检测单元、功率器件、第一电阻、下位机控制芯片及上位机控制主机；其中，高压供电电源用于为功率器件漏电流检测电路提供漏电检测用的供电电源；漏电流检测单元用于对功率器件在关断状态时的漏电流信号进行检测，并将该漏电流信号转换为电压信号输出至下位机控制芯片；第一电阻用于关断功率器件；下位机控制芯片用于控制漏电流检测单元对所述漏电流信号的检测工作；上位机控制主机用于对该漏电流信号进行存储及显示；高压供电电源与功率器件的电流输入端连接；漏电流检测单元的检测输入端与功率器件的电流输出端连接，漏电流检测单元的检测输出端与下位机控制芯片的信号输入端连接；功率器件的电流输出端还经漏电流检测单元接地；第一电阻的第一端与功率器件的控制端连接，第一电阻的第二端接地；下位机控制芯片的信号输出端与上位机控制主机的输入端连接。本发明提供的该功率器件漏电流检测装置的价格较低廉；并且，该功率器件漏电流检测装置还能够实现批量检测功能。同时，本发明还具有电路结构简单及易实现的优点。

附图说明

图1是本发明功率器件漏电流检测装置一实施例的模块结构示意图；

图2是本发明功率器件漏电流检测装置一实施例的电路结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种通信电源蓄电池防反接电路。

参照图1，图1是本发明功率器件漏电流检测装置一实施例的模块结构示意图。

本实施例中，该功率器件漏电流检测装置包括高压供电电源101、功率器件102、漏电流检测单元103、第一电阻R1、下位机控制芯片104及上位机控制主机105。

其中，所述高压供电电源101用于为本实施例功率器件漏电流检测电路提供漏电检测用的供电电源；

所述漏电流检测单元103，用于对所述功率器件102(即被测对象)在关断状态时的漏电流信号进行检测，并将检测到的漏电流信号转换为电压信号输出至所述下位机控制芯片104；

所述第一电阻R1，用于关断所述功率器件102；

所述下位机控制芯片104，用于控制所述漏电流检测单元103对所述漏电流信号的检测工作；

上位机控制主机105，用于对所述漏电流信号进行存储及显示。

具体地，所述高压供电电源101与所述功率器件102的电流输入端连接；所述漏电流检测单元103的检测输入端与所述功率器件102的电流输出端连接，所述漏电流检测单元103的检测输出端与所述下位机控制芯片104的信号输入端连接；所述功率器件102的电流输出端还经所述漏电流检测单元103接地；所述第一电阻R1的第一端与所述功率器件102的控制端连接，所述第一电阻R1的第二端接地；所述下位机控制芯片104的信号输出端与所述上位机控制主机105的输入端连接，所述下位机控制芯片104的控制输出端与所述漏电流检测单元103的控制端连接。

参照图2，图2是本发明功率器件漏电流检测装置一实施例的电路结构示意图。

本实施例中，该功率器件漏电流检测装置包括高压供电电源201、功率器件202、漏电流检测单元203、第一电阻R21、下位机控制芯片204及上位机控制主机205。

其中，所述高压供电电源201、功率器件202、漏电流检测单元203、第一电阻R21、下位机控制芯片204及上位机控制主机205的功能作用及其相互之间的连接关系与图1所示实施例相同，此处不再赘述。

本实施例中，所述漏电流检测单元203包括漏电流检测电阻RS、电压跟随器2031、正向比例放大器2032、采样保持电路2033及A/D转换模块2034。

其中，所述漏电流检测电阻RS的第一端与所述功率器件202的电流输出端连接，所述漏电流检测电阻RS的第二端接地；所述电压跟随器2031的输入端与所述漏电流检测电阻RS的第一端连接，所述电压跟随器2031的输出端与所述正向比例放大器2032的输入端连接；所述正向比例放大器2032的输出端与所述采样保持电路2033的输入端连接；所述采样保持电路2033的输出端与所述A/D转换模块2034的信号输入端连接，所述采样保持电路2033的控制端与所述下位机控制芯片204的第一控制输出端(图未标号)连接；所述A/D转换模块2034的信号输出端与所述下位机控制芯片204的信号输入端连接，所述A/D转换模块2034的控制输入端与所述下位机控制芯片204的第二控制输出端(图未标号)连接。

本实施例中，所述A/D转换模块2034对信号的转换工作由所述下位机控制芯片204触发。

本实施例中，所述正向比例放大器2032包括第一集成运算放大器U1、第二电阻R22、第三电阻R23及第四电阻R24。

具体地，所述第二电阻R22的第一端与所述电压跟随器2031的输出端连接，所述第二电阻R22的第二端与所述第一集成运算放大器U1的正输入端连接；所述第一集成运算放大器U1的负输入端经第四电阻R224接地，所述第一集成运算放大器U1的输出端经所述第三电阻R23与其正输入端连接。

本实施例中，所述采样保持电路2033包括第五电阻R25、第二集成运算放大器U2、控制开关S1及第一电容C1。

具体地，所述第五电阻R25的第一端与所述正向比例放大器2032中的第一集成运算放大器U1的输出端连接，所述第五电阻R25的第二端与所控制开关S1的一端连接；所述控制开关S1的另一端与所述第二集成运算放大器U2的正输入端连接，所述控制开关S1的控制端与所述下位机控制芯片204的第一控制输出端连接；所述第二集成运算放大器U2的正输入端还经所述第一电容C1接地，所述第二集成运算放大器U2的输出端与其负输入端连接，所述第二集成运算放大器U2的输出端还与所述A/D转换模块2034的信号输入端连接。

本实施例中，所述采样保持电路2033对信号的采样保持工作状态由所述下位机控制芯片204控制。

本实施例中，所述电压跟随器2031包括第三集成运算放大器U3；所述第三集成运算放大器U3的正输入端与所述漏电流检测电阻RS的第一端连接，所述第三集成运算放大器U3的负输入端与其输出端连接，所述第三集成运算放大器U3的输出端与所述第二电阻R22的第一端连接。

本实施例中，所述上位机控制主机205包括串口2051、数据处理单元2052及数据存储及显示单元2053。

其中，所述数据处理单元2052的输入端经所述串口2051与所述下位机控制芯片204的信号输出端连接，所述数据处理单元2052的输出端与所述数据存储及显示单元2053连接。

本实施例中，所述功率器件202为IGBT管，具体地，当所述功率器件202为IGBT管时，该IGBT管的集电极(即电流输入端)与所述高压供电电源201连接，该IGBT管的发射极(即电流输出端)与所述漏电流检测单元203的检测输入端连接，该IGBT管的门极(即控制端)与所述第一电阻R21的第一端连接。

进一步地，本实施例中，所述采样保持电路2033中的所述控制开关S1可以为PMOS管。具体地，当所述控制开关S1为PMOS管时，该PMOS管的栅极(即控制端)与所述下位机控制芯片204的第一控制输出端连接，该PMOS管的源极与所述第五电阻R25的第二端连接，该PMOS管的漏极与所述第二集成运算放大器U2的正输入端连接。

本实施例功率器件漏电流检测装置的工作原理具体描述如下：若所述功率器件202在关断状态时有漏电流流过时，则该漏电流会流过漏电流检测电阻RS，且该漏电流会在漏电流检测电阻RS的两端产生压降(即在漏电流检测电阻RS的第一端可以检测到一个电压信号)，但是通常情况下，所述功率器件202在关断状态时的漏电流很小，因此，在漏电流检测电阻RS两端产生的压降也很小。为了减少检测到的电压信号的失真，本实施例在漏电流检测电阻RS的第一端(即电压信号输出端)增加电压跟随器2031。电压跟随器2031为阻抗转换电路，电压跟随器2031的特点是输出阻抗为无穷大，因此，该电压跟随器2031能够有效地减少信号失真。本实施例中，由于检测到的电压信号一般为几十毫伏，因此，本实施例在电压跟随器2031后接一个正向比例放大器2032，正向比例放大器2032对电压跟随器2031输出的电压信号进行放大处理，将几十毫伏的电压信号放大为几伏的电压信号，所述正向比例放大器2032的放大系数由第二电阻R22和第三电阻R23的阻值决定。本实施例中，为了阻抗匹配，选取第四电阻R24＝R22//R23(即本实施例中，第四电阻R24等于第二电阻R22和第三电阻R23并联后的阻值)，所述正向比例放大器2032的放大系数A＝1+R23/R22。并且，本实施例在正向比例放大器2032后接一个采样保持电路2033，所述采样保持电路2033的功能是防止信号突变。当采样保持电路2033工作时，下位机控制芯片204输出相应的控制信号至控制开关S1的控制端，使得控制开关S1闭合，此时漏电流检测电阻RS第一端输出的电压信号通过电压跟随器2031、正向比例放大器2032后给采样保持电路2033中的第一电容C1充电，充电完成后，下位机控制芯片204输出相应的控制信号至控制开关S1的控制端，使控制开关S1断开，此时第一电容C1两端的电压即为漏电流检测电阻RS第一端输出的电压经过放大后的电压。由于采样保持电路2033中的第二集成运算放大器U2的阻抗很高，因此，由电容的充放电原理可知第一电容C1两端的电压可以在长时间内保持很小的变化率，即本实施例中的采样保持电路2033能够有效地防止信号突变。采样保持电路2033将采样保持后的电压信号输送至送给A/D转换模块2034，A/D转换模块2034将其新信号输入端接收到的的模拟量电压信号转换为数字量电压信号，并将数字量电压信号输出至送给下位机控制芯片204，下位机控制芯片204将接收到的数字量电压信号输出至上位机控制主机205的串口2051，串口2051将该数字量电压信号输出至数据处理单元2052，数据处理单元2052将数字量电压信号还原为所述漏电流信号，并将所述漏电流信号输出至数据存储及显示单元2053，以供数据存储及显示单元2053对所述漏电流信号进行存储及显示。

本实施例提供的功率器件漏电流检测装置，包括高压供电电源、漏电流检测单元、功率器件、第一电阻、下位机控制芯片及上位机控制主机；其中，高压供电电源用于为功率器件漏电流检测电路提供漏电检测用的供电电源；漏电流检测单元用于对功率器件在关断状态时的漏电流信号进行检测，并将该漏电流信号转换为电压信号输出至下位机控制芯片；第一电阻用于关断功率器件；下位机控制芯片用于控制漏电流检测单元对所述漏电流信号的检测工作；上位机控制主机用于对该漏电流信号进行存储及显示；高压供电电源与功率器件的电流输入端连接；漏电流检测单元的检测输入端与功率器件的电流输出端连接，漏电流检测单元的检测输出端与下位机控制芯片的信号输入端连接；功率器件的电流输出端还经漏电流检测单元接地；第一电阻的第一端与功率器件的控制端连接，第一电阻的第二端接地；下位机控制芯片的信号输出端与上位机控制主机的输入端连接。本实施例提供的该功率器件漏电流检测装置的价格较低廉，并且，该功率器件漏电流检测装置还能够实现批量检测功能。同时，本实施例还具有电路结构简单及易实现的优点。

本发明还提供一种智能功率模块检测设备，该智能功率模块检测设备包括功率器件漏电流检测装置，该功率器件漏电流检测装置的电路结构可参照上述实施例，在此不再赘述。理所应当地，由于本实施例的智能功率模块检测设备采用了上述功率器件漏电流检测装置的技术方案，因此该智能功率模块检测设备具有上述功率器件漏电流检测装置所有的有益效果。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种功率器件漏电流检测装置，其特征在于，包括高压供电电源、漏电流检测单元、功率器件、第一电阻、下位机控制芯片及上位机控制主机；其中， 

所述高压供电电源，用于为所述功率器件漏电流检测电路提供漏电检测用的供电电源； 

所述漏电流检测单元，用于对所述功率器件在关断状态时的漏电流信号进行检测，并将所述漏电流信号转换为电压信号输出至所述下位机控制芯片； 

所述第一电阻，用于关断所述功率器件； 

所述下位机控制芯片，用于控制所述漏电流检测单元对所述漏电流信号的检测工作； 

上位机控制主机，用于对所述漏电流信号进行存储及显示； 

所述高压供电电源与所述功率器件的电流输入端连接；所述漏电流检测单元的检测输入端与所述功率器件的电流输出端连接，所述漏电流检测单元的检测输出端与所述下位机控制芯片的信号输入端连接；所述功率器件的电流输出端还经所述漏电流检测单元接地；所述第一电阻的第一端与所述功率器件的控制端连接，所述第一电阻的第二端接地；所述下位机控制芯片的信号输出端与所述上位机控制主机的输入端连接，所述下位机控制芯片的控制输出端与所述漏电流检测单元的控制端连接。 

2.如权利要求1所述的功率器件漏电流检测装置，其特征在于，所述漏电流检测单元包括漏电流检测电阻、电压跟随器、正向比例放大器、采样保持电路及A/D转换模块；其中， 

所述漏电流检测电阻的第一端与所述功率器件的电流输出端连接，所述漏电流检测电阻的第二端接地；所述电压跟随器的输入端与所述漏电流检测电阻的第一端连接，所述电压跟随器的输出端与所述正向比例放大器的输入端连接；所述正向比例放大器的输出端与所述采样保持电路的输入端连接；所述采样保持电路的输出端与所述A/D转换模块的信号输入端连接，所述采样保持电路的控制端与所述下位机控制芯片的第一控制输出端连接；所述A/D 转换模块的信号输出端与所述下位机控制芯片的信号输入端连接，所述A/D转换模块的控制输入端与所述下位机控制芯片的第二控制输出端连接。 

3.如权利要求2所述的功率器件漏电流检测装置，其特征在于，所述正向比例放大器包括第一集成运算放大器、第二电阻、第三电阻及第四电阻；其中， 

所述第二电阻的第一端与所述电压跟随器的输出端连接，所述第二电阻的第二端与所述第一集成运算放大器的正输入端连接；所述第一集成运算放大器的负输入端经第四电阻接地，所述第一集成运算放大器的输出端经所述第三电阻与其正输入端连接。 

4.如权利要求3所述的功率器件漏电流检测装置，其特征在于，所述采样保持电路包括第五电阻、第二集成运算放大器、控制开关及第一电容；其中， 

所述第五电阻的第一端与所述第一集成运算放大器的输出端连接，所述第五电阻的第二端与所控制开关的一端连接；所述控制开关的另一端与所述第二集成运算放大器的正输入端连接，所述控制开关的控制端与所述下位机控制芯片的所述第一控制输出端连接；所述第二集成运算放大器的正输入端还经所述第一电容接地，所述第二集成运算放大器的输出端与其负输入端连接，所述第二集成运算放大器的输出端还与所述A/D转换模块的信号输入端连接。 

5.如权利要求4所述的功率器件漏电流检测装置，其特征在于，所述电压跟随器包括第三集成运算放大器；所述第三集成运算放大器的正输入端与所述漏电流检测电阻的第一端连接，所述第三集成运算放大器的负输入端与其输出端连接，所述第三集成运算放大器的输出端与所述第二电阻的第一端连接。 

6.如权利要求1所述的功率器件漏电流检测装置，其特征在于，所述上位机控制主机包括串口、数据处理单元及数据存储及显示单元；其中， 

所述数据处理单元的输入端经所述串口与所述下位机控制芯片的信号输出端连接，所述数据处理单元的输出端与所述数据存储及显示单元连接。 

7.如权利要求4所述的功率器件漏电流检测装置，其特征在于，所述采样保持电路中的所述控制开关为MOS管。 

8.如权利要求7所述的功率器件漏电流检测装置，其特征在于，所述MOS管为PMOS管。 

9.如权利要求1所述的功率器件漏电流检测装置，其特征在于，所述功率器件为IGBT管。 

10.一种智能功率模块检测设备，其特征在于，所述智能功率模块检测设备包括权利要求1至9中任一项所述的功率器件漏电流检测装置。