CN107024649A - 一种igbt模块特性老化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种IGBT模块特性老化装置，属于IGBT老化设备技术领域，解决了我国自主生产的IGBT元件没有一款配套的、可靠的、低成本的老化设备，生产出的IGBT产品可靠性难以得到保证的问题。主要包括IGBT反向漏电流测试电路和大电流老化试验电路。本发明在IGBT生产领域具有重要意义，其低成本、高可靠性为整个行业创造了可观经济效益，且实现容易，实用性很强，可广泛应用于IGBT生产技术领域。

Description

一种IGBT模块特性老化装置
技术领域
本发明属于IGBT老化设备技术领域，具体地说，尤其涉及一种IGBT模块特性老化装置。
背景技术
IGBT为绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。为节省空间，一般将两个或两个以上的IGBT元件综合在一起。一直以来我国IGBT模块多依赖于进口，购进成本很高，但应用商不得不购买，原因在于：我国自主生产的IGBT元件没有一款配套的、可靠的、低成本的老化设备，生产出的IGBT产品可靠性难以得到保证。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种可以进行反向漏电流测试、老化大电流测试的低成本IGBT模块特性老化装置。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种IGBT模块特性老化装置，包括由主控电路单元、电气控制配电线路单元、高压发生电路单元、触发电路单元、待测IGBT模块组、反向漏电流检测电路单元以及故障显示灯单元构成的IGBT反向漏电流测试电路；由所述主控电路单元、所述电气控制配电线路单元、所述待测IGBT模块组、所述触发电路单元、大电流产生电路单元、电流变送器、电压变送器以及显示电路单元构成的大电流老化试验电路；
所述主控电路单元经电气控制配电线路单元与所述高压发生电路单元、大电流产生电路单元电信号相连，所述高压发生电路单元产生高直流电压，并将该高直流电压传输至所述待测IGBT模块组，同时所述待测IGBT模块组由所述触发电路单元触发导通，所述待测IGBT模块组经所述反向漏电流检测电路单元与所述主控电路单元电信号相连，所述主控电路单元判断检测到的IGBT元件反向漏电流值是否合格，并通过所述故障显示灯单元显示；
所述大电流产生电路单元与所述待测IGBT模块组电信号相连，所述待测IGBT模块组由所述触发电路单元触发导通，触发导通后经限流电阻形成大电流老化测试回路；该主回路上还设有电流变送器、电压变送器，所述电流变送器、电压变送器将测试回路上的高压、大电流转换成低压直流信号，并将该低压直流信号传输至所述主控电路单元，由所述主控电路单元经所述显示电路单元显示老化电压、老化电流数值。
优选地，所述IGBT模块特性老化装置上设有温度传感器，所述温度传感器将检测到的温度信号反馈到所述主控电路单元，所述主控电路单元控制降温风扇组执行单元执行风扇动作，由所述降温风扇执行单元对所述待测IGBT模块组进行降温。
优选地，所述电气控制配电线单元包括220V输入电源、启动按钮SW1、手动停止按钮SW2、交流接触器K1、交流接触器K3以及交流接触器K4，所述交流接触器K1为主交流接触器；所述交流接触器K3为高压发生电路交流接触器，由所述主控电路单元控制其接通或断开所述高压发生电路单元；所述交流接触器K4为大电流产生电路交流接触器，由所述主控电路单元控制其接通或断开所述大电流产生电路单元。
优选地，所述电气控制配电线路单元还设有延时电路。
优选地，所述高压发生电路单元包括调压器TR1、整流桥D1，所述整流桥D1整流后的高压经继电器传输至所述待测IGBT模块组，同时由所述触发电路触发导通的所述待测IGBT模块组，所述待测IGBT模块组反向漏电流输出端经取样电阻传输至所述主控电路单元；所述反向漏电流检测电路单元包括继电器驱动芯片，所述继电器驱动芯片与所述继电器的线圈两端导线连接，所述继电器驱动芯片在所述主控电路单元的控制下接通或断开所述继电器。
优选地，所述继电器驱动芯片的型号为ULN2003。
优选地，所述主控电路单元为PIC16F1947单片机。
优选地，所述大电流产生电路单元包括可控硅Q、大功率变压器T5以及整流桥D13，所述大功率变压器T5的输入端与所述交流接触器K4导线连接，并由所述可控硅Q调节所述变压器T5的输出电流大小，其调节后的电压经所述整流桥D13整流后传输至所述待测IGBT模块组，所述待测IGBT模块组同时由所述触发电路单元进行触发，触发后经限流电阻形成大电流老化回路，其回路中还导线连接有所述电压变送器、电流变送器，分别将高电压、大电流转换成低直流电压传输至所述主控电路单元，并由所述主控电路单元进行量化滤波处理后传输至所述显示电路单元。
优选地，所述触发电路单元包括变压器T、芯片驱动整流桥、IGBT驱动芯片，所述变压器T输入端与所述交流接触器K4导线连接，其输出端经芯片驱动整流桥整流后与所述IGBT驱动芯片电连接，所述IGBT驱动芯片与所述待测IGBT模块导线连接，用于触发所述待测IGBT模块组。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明电路设计性能稳定、可靠性强，可模拟工作环境，对IGBT元件进行反向漏电流、大电流老化测试，IGBT元件可靠性得到有效保证；
2.本发明电路设计简洁清晰，每个IGBT元件触发检测单元都是独立、互不干扰的，电路中所使用的元器件均为市面常见普通元器件，购进成本低，大幅度降低了IGBT制造企业投入成本；
3.本发明在IGBT生产领域具有重要意义，其低成本、高可靠性为整个行业创造了可观经济效益，而且实现容易，实用性很强，可广泛应用于IGBT生产技术领域。
附图说明
图1是本发明系统框图；
图2是本发明电气控制配电线路单元、高压发生电路单元及大电流产生电路单元原理图；
图3是本发明反向漏电流检测电路单元原理图；
图4是本发明主控电路单元原理图；
图5是本发明电流变送器、电压变送器原理图；
图6是本发明触发电路单元及待测IGBT模块组原理图；
图7是本发明显示电路单元原理图；
图8是本发明温度传感器及降温风扇组执行单元原理图。
图中：1.主控电路单元；2.电气控制配电线路单元；3.高压发生电路单元；4.触发电路单元；5.待测IGBT模块组；6.反向漏电流检测电路单元；7.故障显示灯单元；8.大电流产生电路单元；9.电流变送器；10.电压变送器；11.显示电路单元；12.温度传感器；13.降温风扇组执行单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明：
一种IGBT模块特性老化装置，包括由主控电路单元1、电气控制配电线路单元2、高压发生电路单元3、触发电路单元4、待测IGBT模块组5、反向漏电流检测电路单元6以及故障显示灯单元7构成的IGBT反向漏电流测试电路；由所述主控电路单元1、所述电气控制配电线路单元2、所述待测IGBT模块组5、所述触发电路单元4、大电流产生电路单元8、电流变送器9、电压变送器10以及显示电路单元11构成的大电流老化试验电路；
所述主控电路单元1经电气控制配电线路单元2与所述高压发生电路单元3、大电流产生电路单元8电信号相连，所述高压发生电路单元3产生高直流电压，并将该高直流电压传输至所述待测IGBT模块组5，同时所述待测IGBT模块组5由所述触发电路单元4触发导通，所述待测IGBT模块组5经所述反向漏电流检测电路单元6与所述主控电路单元1电信号相连，所述主控电路单元1判断检测到的IGBT元件反向漏电流值是否合格，并通过所述故障显示灯单元7显示；
所述大电流产生电路单元8与所述待测IGBT模块组5电信号相连，所述待测IGBT模块组5由所述触发电路单元4触发导通，触发导通后经限流电阻形成大电流老化测试回路；该主回路上还设有电流变送器9、电压变送器10，所述电流变送器9、电压变送器10将测试回路上的高压、大电流转换成低压直流信号，并将该低压直流信号传输至所述主控电路单元1，由所述主控电路单元1经所述显示电路单元11显示老化电压、老化电流数值。
优选地，所述IGBT模块特性老化装置上设有温度传感器12，所述温度传感器12将检测到的温度信号反馈到所述主控电路单元1，所述主控电路单元1控制降温风扇组执行单元13执行风扇动作，由所述降温风扇执行单元13对所述待测IGBT模块组5进行降温。
优选地，所述电气控制配电线单元2包括220V输入电源、启动按钮SW1、手动停止按钮SW2、交流接触器K1、交流接触器K3以及交流接触器K4，所述交流接触器K1为主交流接触器；所述交流接触器K3为高压发生电路交流接触器，由所述主控电路单元1控制其接通或断开所述高压发生电路单元3；所述交流接触器K4为大电流产生电路交流接触器，由所述主控电路单元1控制其接通或断开所述大电流产生电路单元8。
优选地，所述电气控制配电线路单元2还设有延时电路。
优选地，所述高压发生电路单元3包括调压器TR1、整流桥D1，所述整流桥D1整流后的高压经继电器传输至所述待测IGBT模块组5，同时由所述触发电路单元4触发导通所述待测IGBT模块5，所述待测IGBT模块组5反向漏电流输出端经取样电阻传输至所述主控电路单元1；所述反向漏电流检测电路单元6包括继电器驱动芯片，所述继电器驱动芯片与所述继电器的线圈两端导线连接，所述继电器驱动芯片在所述主控电路单元1的控制下接通或断开所述继电器。
优选地，所述继电器驱动芯片的型号为ULN2003。
优选地，所述主控电路单元1为PIC16F1947单片机。
优选地，所述大电流产生电路单元8包括可控硅Q、大功率变压器T5以及整流桥D13，所述大功率变压器T5的输入端与所述交流接触器K4导线连接，并由所述可控硅Q调节所述变压器T5的输出电流大小，其调节后的电压经所述整流桥D13整流后传输至所述待测IGBT模块组5，所述待测IGBT模块组5同时由所述触发电路单元4进行触发，触发后经限流电阻形成大电流老化回路，其回路中还导线连接有所述电压变送器10、电流变送器9，分别将高电压、大电流转换成低直流电压传输至所述主控电路单元1，并由所述主控电路单元1进行量化滤波处理后传输至所述显示电路单元11。
优选地，所述触发电路单元4包括变压器T、芯片驱动整流桥、IGBT驱动芯片，所述变压器T输入端与所述交流接触器K4导线连接，其输出端经芯片驱动整流桥整流后与所述IGBT驱动芯片电连接，所述IGBT驱动芯片与所述待测IGBT模块导线连接，用于触发所述待测IGBT模块组5。
本发明测试反向漏电流所需高压由调压器TR1提供，进行整流后提供给测试回路所需的直流电压；进行大电流老化所需大电流由一个大功率变压器T5提供，电流的大小由大电流产生电路单元8的控制可控硅Q的导通角产生所需老化电流，大功率变压器T5输出的电压经过整流后得直流电源作为老化电源，老化电流可以在0-50A之间调节。所述调压器TR1、大功率变压器T5的工作状态受主控电路单元1电路控制，在主控电路单元1的控制下，依次完成反向漏电流的测试和大电流老化试验。
以5个待测IGBT模块为例，本发明反向漏电流测试电路主要由主控电路单元1、电气控制配电线路单元2、高压发生电路单元3、触发电路单元4、待测IGBT模块组5、反向漏电流检测电路单元6以及故障显示灯单元7。
经说明书附图图1、图2、图3、图4以及图6可知，电气控制配电线路单元2主要有220V输入电源、手动停止按钮SW2、启动按钮SW1、保险丝F1、保险丝F2、交流接触器K1、交流接触器K3以及交流接触器K4等组成，所述高压发生电流单元3主要由调压器TR1、整流桥D1等元器件组成，所述大电流产生电路单元可控硅Q、大功率变压器T5等元器件组成；所述主控电路单元1的CPU型号为PIC16F1947；所述反向漏电流检测电路单元6主要包括继电器K5-K14、继电器驱动芯片U14、继电器驱动芯片U20；其中继电器驱动芯片U14、U20的型号为ULN2003；所述待测IGBT模块组5含五个IGBT模块，每个IGBT模块含两个IGBT元件，也就是说共有10个IGBT元件；本发明每个IGBT元件由独立继电器控制。反向漏电流测试电路工作过程为：首先由主控电路单元1控制交流接触器K3导通电路得电，由调压器TR1产生的交流电压经过整流后的直流电压，最高可达1600V，满足一般IGBT模块的测试要求。电路启动后，由主控电路单元1控制待测IGBT模块组5中的最后一个IGBT元件对应的继电器吸合，最后一个IGBT元件接入反向漏电流检测电路单元6，并同时将取样电压传输至主控电路单元，得到该IGBT元件的反向漏电流，并与标准值进行比较，如符合标准，故障显示灯单元7对应的指示灯显示绿色，否则显示红色。第一个IGBT元件测试完成后，其对应的继电器断开，同时该元件对应的IGBT触发电路在主控电路的控制下工作，使该IGBT导通，以便第二个IGBT元件测试时形成回路，同时，第二个IGBT元件对应的继电器吸合，完成对第二个IGBT元件的反向漏电流测试。按照这个顺序，依次对所有10个IGBT元件进行测试。本发明所述反向漏电流检测，每个IGBT元件都有对应的继电器和对应的触发单元，且触发单元为高端触发，每个IGBT模块的触发单元的电源都是独立的，互不干扰的。
本发明大电流老化试验电路主要包括所述主控电路单元1、所述电气控制配电线路单元2、所述待测IGBT模块组5、大电流产生电路单元8、所述触发电路单元4、电流变送器9、电压变送器10以及显示电路单元11。结合说明书附图图1、图2、图4、图5、图6以及图7可知，在反向漏电流检测完成的情况下，由主控电路单元1切换电路工作状态，断开高压发生电路单元3供电电路，经交流接触器K4接通大电流产生电路单元8，同时接通所述触发电路单元4中变压器，由可控硅Q触发单元调节变压器输出电流的大小，并将调节后的电压经整流桥整流后传输至待测IGBT模块组。所有IGBT模块的IGBT元件依次串联，并通过独立的高端驱动单元同时进行触发，所有IGBT元件都触发后经限流电阻形成老化回路。其主回路上接有电压变送器10和电流变送器9，分别将高达1200V的高电压和50A大电流变换成0-5V的直流电压传输至主控电路单元1，并由主控电路单元1进行量化滤波处理后送给显示电路单元11。
为确保安全，本发明设计有降温措施，其包括温度传感器、降温风扇组执行单元13，其电路原理图如说明书附图图8所示，主要包括温度传感器RT1、电容C11-C21、电阻R15-R24、变压器T4、电感L1-L2、整流桥D12、LM317稳压芯片U15、AMS1117稳压芯片U18、三极管Q2-Q3、光耦芯片U17、光耦芯片U19、双向可控硅BT1-BT2、风机M1-M2等元器件。所述待测IGBT模块组5安装在散热器上，所述温度传感器RT1安装在所述散热器上，所述温度传感器检测老化温度，一旦超过设定值，将由主控电路通过上述电路启动冷却风机组。
本发明可以通过启动按钮SW1启动装置，通过手动停止按钮SW2切断电源，也可以通过延时定时继电器K2设定好工作时间，到设定工作时间自动切断电源。
本发明电路设计性能稳定、可靠性强，可模拟工作环境，对IGBT元件进行反向漏电流、大电流老化测试，IGBT元件可靠性得到有效保证；本发明电路设计简洁清晰，每个IGBT元件触发检测单元都是独立、互不干扰的，电路中所使用的元器件均为市面常见普通元器件，购进成本低，大幅度降低了IGBT制造企业投入成本；本发明在IGBT生产领域具有重要意义，其低成本、高可靠性为整个行业创造了可观经济效益，而且实现容易，实用性很强，可广泛应用于IGBT生产技术领域。
综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种IGBT模块特性老化装置，其特征在于：包括由主控电路单元(1)、电气控制配电线路单元(2)、高压发生电路单元(3)、触发电路单元(4)、待测IGBT模块组(5)、反向漏电流检测电路单元(6)以及故障显示灯单元(7)构成的IGBT反向漏电流测试电路；由所述主控电路单元(1)、所述电气控制配电线路单元(2)、所述待测IGBT模块组(5)、所述触发电路单元(4)、大电流产生电路单元(8)、电流变送器(9)、电压变送器(10)以及显示电路单元(11)构成的大电流老化试验电路；
所述主控电路单元(1)经电气控制配电线路单元(2)与所述高压发生电路单元(3)、大电流产生电路单元(8)电信号相连，所述高压发生电路单元(3)产生高直流电压，并将该高直流电压传输至所述待测IGBT模块组(5)，同时所述待测IGBT模块组(5)由所述触发电路单元(4)触发导通，所述待测IGBT模块组(5)经所述反向漏电流检测电路单元(6)与所述主控电路单元(1)电信号相连，所述主控电路单元(1)判断检测到的IGBT元件反向漏电流值是否合格，并通过所述故障显示灯单元(7)显示；
所述大电流产生电路单元(8)与所述待测IGBT模块组(5)电信号相连，所述待测IGBT模块组(5)由所述触发电路单元(4)触发导通，触发导通后经限流电阻形成大电流老化测试回路；该主回路上还设有电流变送器(9)、电压变送器(10)，所述电流变送器(9)、电压变送器(10)将测试回路上的高压、大电流转换成低压直流信号，并将该低压直流信号传输至所述主控电路单元(1)，由所述主控电路单元(1)经所述显示电路单元(11)显示老化电压、老化电流数值。
2.根据权利要求1所述的一种IGBT模块特性老化装置，其特征在于：所述IGBT模块特性老化装置上设有温度传感器(12)，所述温度传感器(12)将检测到的温度信号反馈到所述主控电路单元(1)，所述主控电路单元(1)控制降温风扇组执行单元(13)执行风扇动作，由所述降温风扇执行单元(13)对所述待测IGBT模块组(5)进行降温。
3.根据权利要求1所述的一种IGBT模块特性老化装置，其特征在于：所述电气控制配电线路单元(2)包括220V输入电源、启动按钮SW1、手动停止按钮SW2、交流接触器K1、交流接触器K3以及交流接触器K4，所述交流接触器K1为主交流接触器；所述交流接触器K3为高压发生电路交流接触器，由所述主控电路单元(1)控制其接通或断开所述高压发生电路单元(3)；所述交流接触器K4为大电流产生电路交流接触器，由所述主控电路单元(1)控制其接通或断开所述大电流产生电路单元(8)。
4.根据权利要求1或3所述的一种IGBT模块特性老化装置，其特征在于：所述电气控制配电线路单元(2)还设有延时电路。
5.根据权利要求1所述的一种IGBT模块特性老化装置，其特征在于：所述高压发生电路单元(3)包括调压器TR1、整流桥D1，所述整流桥D1整流后的高压经继电器传输至所述待测IGBT模块组(5)，同时由所述触发电路(4)触发导通所述待测IGBT模块组(5)，所述待测IGBT模块组(5)反向漏电流输出端经取样电阻传输至所述主控电路单元(1)；所述反向漏电流检测电路单元(6)包括继电器驱动芯片，所述继电器驱动芯片与所述继电器的线圈两端导线连接，所述继电器驱动芯片在所述主控电路单元(1)的控制下接通或断开所述继电器。
6.根据权利要求5所述的一种IGBT模块特性老化装置，其特征在于：所述继电器驱动芯片的型号为ULN2003。
7.根据权利要求1所述的一种IGBT模块特性老化装置，其特征在于：所述主控电路单元(1)为PIC16F1947单片机。
8.根据权利要求1所述的一种IGBT模块特性老化装置，其特征在于：所述大电流产生电路单元(8)包括可控硅Q、大功率变压器T5以及整流桥D13，所述大功率变压器T5的输入端与所述交流接触器K4导线连接，并由所述可控硅Q调节所述变压器T5的输出电流大小，其调节后的电压经所述整流桥D13整流后传输至所述待测IGBT模块组(5)，所述待测IGBT模块组(5)同时由所述触发电路单元(4)进行触发，触发后经限流电阻形成大电流老化回路，其回路中还导线连接有所述电压变送器(10)、电流变送器(9)，分别将高电压、大电流转换成低直流电压传输至所述主控电路单元(1)，并由所述主控电路单元(1)进行量化滤波处理后传输至所述显示电路单元(11)。
9.根据权利要求5或8所述的一种IGBT模块特性老化装置，其特征在于：所述触发电路单元(4)包括变压器T、芯片驱动整流桥、IGBT驱动芯片，所述变压器T输入端与所述交流接触器K4导线连接，其输出端经芯片驱动整流桥整流后与所述IGBT驱动芯片电连接，所述IGBT驱动芯片与所述待测IGBT模块导线连接，用于触发所述待测IGBT模块组(5)。
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