CN107703440A - 一种功率变换器自动测试电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功率变换器自动测试电路，包括：控制板插槽、两个驱动板插槽、信号调理电路、CAN通信接口、显示屏、LED状态指示电路、过压过流保护信号测试电路、供电电路和三个拨码开关；其中，控制板插槽分别与两个驱动板插槽连接进行数据交互，每个驱动板插槽分别与信号调理电路连接，控制板插槽分别与CAN通信接口、显示屏、LED状态指示电路、过压过流保护信号测试电路、供电电路连接；信号调理电路用于对驱动信号进行调理得到模拟采样信号输入控制板。实现控制板和IGBT驱动板的自动测试，有利于批生产过程中人力和成本的节省，有利于故障隔离和整机功能测试；实现无需PC机的电路板级自动测试，通过显示屏和LED状态指示即可获取测试结果。

Description

一种功率变换器自动测试电路

技术领域

本发明涉及电路检测技术领域，尤其涉及一种功率变换器自动测试电路。

背景技术

功率变换器是一种应用电力电子器件对电能形式进行转换的装置，主要包括控制板、IGBT驱动板、主功率电路等部分。对于采用数字控制方式的功率变换器，无论其拓扑结构、控制策略和具体用途差异如何，控制电路、驱动电路和主功率电路的功能划分基本不变。背靠背变流器是功率变换器中的一种常见形式，可实现能量双向流动和功率因数任意可调，在风力发电、微电网并网控制和电动机变频调速等领域应用较为广泛。背靠背变流器拓扑结构如图1所示，由控制板、IGBT驱动板、变流器主功率电路和直流母线电容等部分构成。将控制电路和驱动电路分别集成为控制板和驱动板等板卡，有利于开展电路板级自动测试、板级故障隔离和后续整机功能测试，充分发现电路板设计、加工和生产中的缺陷。

传统的电路板手工测试方法需要耗费巨大的时间和人力，在批生产过程中弊端尤为明显。现有设计方案都只是针对被测电路板的数字输入、数字输出、模拟输入以及通信等功能进行了相应测试，不适用于具备PWM信号输出功能的控制板和驱动信号转换功能的IGBT驱动板，因为无法在板级测试过程中控制主功率电路IGBT通断；此外，上述专利中公开的电路板级自动测试系统在测试过程中需要借助PC机进行辅助测试和结果查看，便捷性有待提高。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种功率变换器自动测试电路，用以克服现有背靠背变流器控制板和IGBT驱动板手工测试的复杂性和易错性，摆脱现有电路板级自动测试系统需要借助PC机实现的繁琐性，提供一种控制板和IGBT驱动板的自动测试电路，从而提高板级测试的便捷性和准确性，有利于故障隔离和整机功能测试。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

在基于本发明的一个实施例中，提供了一种功率变换器自动测试电路，包括：控制板插槽、两个驱动板插槽、信号调理电路、CAN通信接口、显示屏、LED状态指示电路、过压过流保护信号测试电路、供电电路和三个拨码开关；其中，控制板插槽分别与两个驱动板插槽连接进行数据交互，每个驱动板插槽分别与信号调理电路连接，控制板插槽分别与CAN通信接口、显示屏、LED状态指示电路、过压过流保护信号测试电路、供电电路连接；信号调理电路用于对驱动信号进行调理得到模拟采样信号输入控制板。

在基于本发明电路的另一个实施例中，测试时，将功率变换器中的控制板和两个驱动板插装在测试电路的对应插槽中，进行检测，测试结果通过显示屏和LED状态指示电路显示。

在基于本发明电路的另一个实施例中，信号调理电路包括：电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8，电容C1，比较器N1A、N1B；其中R1的一端和C1的一端分别接入模拟驱动信号，C1的一端接地，R1的另一端分别和C1的另一端、R2的一端连接，R2的另一端分别和R3的一端、N1A的反向输入端连接，N1A的正向输入端接地，N1A的输出端与R3的另一端、R4的一端连接，R4的另一端与R5的一端、N1B的反向输入端连接，R6的一端接入3V电压信号，R6的另一端与R7的一端、N1B的正向输入端连接，R7的另一端接地，N1B的输出端与R5的另一端、R8的一端连接，R8的另一端输出调理信号。

在基于本发明电路的另一个实施例中，信号调理电路将驱动板输出的用于控制IGBT通断的栅极驱动信号进行调理，通过滤波、比例控制和调偏设计，得到0V-3V范围的模拟三相电压采样值信号，输入到控制板A/D采样接口；控制板通过判定该模拟三相电压采样值信号与功率变换器控制板采样电路采样信号是否符合，实现对功率变换器控制板采样功能的测试。

在基于本发明电路的另一个实施例中，控制板包括相连的DSP和CPLD，DSP设有eCAN接口、eQEP接口、A/D采样接口、数字输入/数字输出、显示屏信号输出接口；CPLD设有PWM信号输出口，用于输出PWM信号给驱动板。

在基于本发明电路的另一个实施例中，驱动板包括6个IGBT驱动芯片，控制板输出6路PWM信号给驱动板，6个IGBT驱动芯片根据6路PWM信号相互独立地控制每个功率变换器中6个IGBT开关管的通断。

在基于本发明电路的另一个实施例中，CAN通信接口包含两路CAN收发器芯片；所述测试电路的背板上设有跳线帽，通过该跳线帽将两路CAN相接形成环路，通过测量两路CAN收发数据是否一致，实现对功率变换器CAN通信功能的测试。

在基于本发明电路的另一个实施例中，还包括两个变流器，每个驱动板插槽分别与一个变流器连接，两个变流器与信号调理电路连接进行信号传输。

在基于本发明电路的另一个实施例中，显示屏具体采用OLED显示屏；所述LED状态指示电路通过控制板的数字输出信号，驱动LED进行状态指示。

在基于本发明电路的另一个实施例中，过压过流保护信号测试电路通过拨码开关来控制过压过流保护信号的电平变化，以控制输入所述CPLD中过压过流保护信号的通断，根据控制板输出PWM信号使能与否，实现对功率变换器过压过流保护功能的测试。

本发明有益效果如下：

1.实现控制板和IGBT驱动板的自动测试，有利于批生产过程中人力和成本的节省，有利于故障隔离和整机功能测试；

2.实现脱离主功率电路的IGBT驱动电路独立测试，可有效避免整机功能测试时因为IGBT驱动故障而造成整机损坏甚至人员伤亡的灾难后果；

3.实现无需PC机的电路板级自动测试，通过显示屏和LED状态指示即可获取测试结果，具有便捷性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为典型的背靠背变流器拓扑结构；

图2为自动测试电路背板原理图；

图3为控制板原理图；

图4为驱动板原理图；

图5为信号调理电路电路图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本申请实施例提供了一种功率变换器自动测试电路，包括控制板插槽、两个驱动板插槽、CAN通信接口、显示屏、信号调理电路、LED状态指示电路、过压过流保护信号测试电路、供电电路以及三个拨码开关；其中，控制板插槽用于插接被测试功率变换器中的控制板，两个驱动板插槽分别用于插接被测试功率变换器中的驱动板，控制板插槽分别与两个驱动板插槽间设有连接线路，用于实现控制板与两个驱动板的数据交互，信号调理电路与驱动板插槽连接，控制板插槽分别与CAN通信接口、显示屏、LED状态指示电路、过压过流保护信号测试电路、供电电路连接，进行信号传输。测试时，将功率变换器中的控制板和两个驱动板插装在测试电路的对应插槽中，进行检测，测试结果通过显示屏和LED状态指示电路显示。

拨码开关设置在电路背板上，3.3V电压信号通过拨码开关接入控制板插槽，15V电压信号分别通过两个拨码开关接入两个驱动板插槽。

还包括两个变流器，每个驱动板插槽分别与一个变流器连接，两个变流器与信号调理电路连接进行信号传输。变流器用于模拟变流器电压信号。

其中，控制板包括相连的DSP和CPLD，DSP设有PWM信号输出口、eCAN接口、eQEP接口、A/D采样接口、数字输入(DI)/数字输出(DO)、显示屏信号输出接口等。CPLD设有PWM信号输出口，用于输出PWM信号给驱动板。如图3所示，控制板是以CPLD和DSP为核心用来完成所需要的数值运算和逻辑运算的电路。其中DSP通过A/D采样电路实现外围模拟量到数字量的转换，通过编写软件实现相应的算法，完成控制量PWM信号的输出，为便于对PWM信号的逻辑控制以及增加PWM的驱动能力，DSP先输入到CPLD中，再由CPLD输出到控制板外围(IGBT的驱动电路)，同时DSP可通过对OLED显示器的控制完成人机交互功能，通过e-CAN模块完成与上位机之间的通讯功能，通过eQEP模块完成正交编码功能。IGBT驱动保护信号输入DSP，便于通过软件编程实现整机的状态定位功能。CPLD的主要功能为逻辑运算，实现保护功能，具体为CPLD接收外部过压过流保护信号，按照一定的逻辑需求完成PWM信号的使能或者禁止，若出现保护信号，CPLD可禁止PWM信号的输出，若未出现保护信号，CPLD可使能PWM信号的输出。

在本发明的另一个实施例中，控制板为ARM或FPGA，其工作原理与上述控制器类似。

在本发明的一个具体实施例中，驱动板包括6个IGBT驱动芯片，主要功能为将控制板输出的PWM信号转换为IGBT驱动信号、IGBT驱动芯片故障上报和IGBT驱动芯片复位等，其原理图如图4所示。其中六个驱动芯片相互独立地控制每个IGBT开关管的开通和关断。驱动板的输出点位必须与背板的点位信息一致。

在本发明的另一个实施例中，驱动板为MOSFET驱动板。实现效果与上述IGBT驱动板相同。

CAN通信接口包含两路CAN收发器芯片，用于将DSP的eCAN接口电平信号转换为标准的CAN2.0B协议电平信号，两路CAN通信电路可通过跳线帽短接CANA和CANB的H端，短接CANA和CANB的L端，实现CANA与CANB互相通信，进而实现CAN通讯环路的自检。通过测量两路CAN收发数据是否一致，实现对功率变换器CAN通信功能的测试。

显示屏具体采用OLED显示屏，用于显示自动测试结果；

信号调理电路：为了模拟背靠背变流器输入端和输出端的三相电压采样值，将驱动板输出的用于控制IGBT通断的栅极驱动信号进行低通滤波将脉冲信号滤成正弦信号，再对滤波后的正弦信号进行调理得到0V-3V范围的模拟三相电压采样值信号，输入到控制板A/D采样接口，控制板通过判定该模拟三相电压采样值信号与功率变换器控制板采样电路采样信号是否符合，实现对功率变换器控制板采样功能的测试。每个驱动板由6个驱动信号，需要检测的为两块驱动板，因此共12路采样通道；

信号调理电路共有12路且原理相同，因此以一路调理电路为例进行说明，电路图设计如图5所示。电路包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8，电容C1，比较器N1A、N1B；其中R1的一端和C1的一端分别接入由驱动板输出的模拟驱动信号，C1的一端接地，R1的另一端和C1的另一端分别与R2的一端连接，R2的另一端分别与R3的一端、N1A的反向输入端连接，N1A的正向输入端接地，N1A的输出端与R3的另一端、R4的一端连接，R4的另一端分别与R5的一端、N1B的反向输入端连接，R6的一端接入3V电压信号，R6的另一端分别与R7的一端、N1B的正向输入端连接，R7的另一端接地，N1B的输出端分别与R5的另一端、R8的一端连接，R8的另一端输出调理信号。

过压过流保护信号测试电路，通过拨码开关来控制过压过流保护信号的电平变化，以控制输入所述CPLD中过压过流保护信号的通断，根据控制板输出PWM信号使能与否，实现对功率变换器过压过流保护功能的测试。将保护信号输入到控制板的数字输入(DI)接口，由控制板的CPLD过压过流保护程序进行逻辑运算和触发PWM信号关断，过压过流保护程序为现有技术中常用的过压过流保护程序；

供电电路将输入的28V直流电转换为自动测试电路背板、控制板和IGBT驱动板所需的24V、±15V、5V和3.3V等不同电压等级电源。

控制板和IGBT驱动板的自动测试方法如下：

1)PWM信号、IGBT驱动和A/D采样测试：控制板运行自动测试程序，自动测试程序为现有技术中常用的测试程序，输出PWM信号给IGBT驱动板，IGBT驱动板将PWM信号转换为-8V～+16V的IGBT栅极驱动信号，信号调理电路将此信号调理为0V～3V的正弦波模拟电压采样信号，输入到控制板A/D采样接口。自动测试程序判定电压采样信号是否与预期符合，预期可选择由其他外围采样电路采样得到，若符合通过显示屏显示控制板PWM输出、驱动板IGBT驱动、控制板A/D采样功能正常，若不符合通过显示屏显示功能异常项；

2)CAN通信测试：控制板具有CANA和CANB两路CAN通信接口，在自动测试电路背板上通过跳线帽设置将CANA和CANB连接，形成环路自检，自动测试程序判定CANA发送的数据帧与CANB收到的数据帧是否一致、CANA收到的数据帧与CANB发送的数据帧是否一致，通过显示屏显示控制板CAN通信功能是否正常；

3)过压过流保护信号测试：通过测试电路背板上的拨码开关产生过压过流保护信号(保护信号为高有效信号)，输入到控制板数字输入(DI)接口，自动测试程序对PWM信号进行关断，并且通过控制板数字输出(DO)接口驱动自动测试电路背板上的LED状态指示灯，显示过压或过流保护发生，其中拨码开关打到开状态，将3.3v高电平接入到控制板数字输入接口，拨码开关打到关状态，断开3.3v电压则控制板数字输入接口的电平为0v；

4)IGBT驱动保护和复位测试：通过拨码开关使驱动板上的IGBT驱动芯片产生故障信号，输入到控制板数字输入(DI)接口，自动测试程序判定某一路IGBT驱动芯片发生故障，将故障信息显示在显示屏上；自动测试程序通过控制板数字输出(DO)接口，将IGBT驱动芯片复位信号传送到驱动板，对IGBT驱动芯片进行复位操作；

5)控制板eQEP测试：DSP将一路PWM信号输入到控制板eQEP接口，自动测试程序判定eQEP捕获的信号占空比和频率与接收到的PWM信号占空比和频率是否一致，通过显示屏显示控制板eQEP功能是否正常，eQEP接口可用于电机转速测量等。

本发明有益效果如下：

1.实现控制板和IGBT驱动板的自动测试，有利于批生产过程中人力和成本的节省，有利于故障隔离和整机功能测试；

2.实现脱离主功率电路的IGBT驱动电路独立测试，可有效避免整机功能测试时因为IGBT驱动故障而造成整机损坏甚至人员伤亡的灾难后果；

3.实现无需PC机的电路板级自动测试，通过显示屏和LED状态指示即可获取测试结果，具有便捷性。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功率变换器自动测试电路，其特征在于，包括：控制板插槽、两个驱动板插槽、信号调理电路、CAN通信接口、显示屏、LED状态指示电路、过压过流保护信号测试电路、供电电路和三个拨码开关；其中，控制板插槽分别与两个驱动板插槽连接进行数据交互，每个驱动板插槽分别与信号调理电路连接，控制板插槽分别与CAN通信接口、显示屏、LED状态指示电路、过压过流保护信号测试电路、供电电路连接；信号调理电路用于对驱动信号进行调理得到模拟采样信号输入控制板。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，测试时，将功率变换器中的控制板和两个驱动板插装在测试电路的对应插槽中，进行检测，测试结果通过显示屏和LED状态指示电路显示。

3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述信号调理电路包括：电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8，电容C1，比较器N1A、N1B；其中R1的一端和C1的一端分别接入模拟驱动信号，C1的一端接地，R1的另一端分别和C1的另一端、R2的一端连接，R2的另一端分别和R3的一端、N1A的反向输入端连接，N1A的正向输入端接地，N1A的输出端与R3的另一端、R4的一端连接，R4的另一端与R5的一端、N1B的反向输入端连接，R6的一端接入3V电压信号，R6的另一端与R7的一端、N1B的正向输入端连接，R7的另一端接地，N1B的输出端与R5的另一端、R8的一端连接，R8的另一端输出调理信号。

4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述信号调理电路将驱动板输出的用于控制IGBT通断的栅极驱动信号进行调理，通过滤波、比例控制和调偏设计，得到0V-3V范围的模拟三相电压采样值信号，输入到控制板A/D采样接口；控制板通过判定该模拟三相电压采样值信号与功率变换器控制板采样电路采样信号是否符合，实现对功率变换器控制板采样功能的测试。

5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述控制板包括相连的DSP和CPLD，DSP设有eCAN接口、eQEP接口、A/D采样接口、数字输入/数字输出、显示屏信号输出接口；CPLD设有PWM信号输出口，用于输出PWM信号给驱动板。

6.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述驱动板包括6个IGBT驱动芯片，控制板输出6路PWM信号给驱动板，6个IGBT驱动芯片根据6路PWM信号相互独立地控制每个功率变换器中6个IGBT开关管的通断。

7.如权利要求6所述的电路，其特征在于，所述CAN通信接口包含两路CAN收发器芯片；所述测试电路的背板上设有跳线帽，通过该跳线帽将两路CAN相接形成环路，通过测量两路CAN收发数据是否一致，实现对功率变换器CAN通信功能的测试。

8.如权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括两个变流器，每个驱动板插槽分别与一个变流器连接，两个变流器与信号调理电路连接进行信号传输。

9.如权利要求8所述的电路，其特征在于，所述显示屏具体采用OLED显示屏；所述LED状态指示电路通过控制板的数字输出信号，驱动LED进行状态指示。

10.如权利要求9所述的电路，其特征在于，所述过压过流保护信号测试电路通过拨码开关来控制过压过流保护信号的电平变化，以控制输入所述CPLD中过压过流保护信号的通断，根据控制板输出PWM信号使能与否，实现对功率变换器过压过流保护功能的测试。