CN108051720A - 并联mosfet逆变模块的测试电路及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提出一种并联MOSFET逆变模块的测试电路及测试方法，以用于测试并联MOSFET逆变模块的功能性及查找相应的隐患。本发明的并联MOSFET逆变模块的测试电路由待测逆变模块、负载电路、主电源、辅助电源及PWM信号发生电路组成；PWM信号发生电路的输出端与待测逆变模块的输入端连接，主电源的两端分别与待测逆变模块的电源端、地端连接而形成闭合回路；所述负载电路由调节电阻、负载电感、负载电阻及负载电容构成，其中调节电阻串接于测逆变模块的电源端与主电源之间，负载电感与负载电阻所组成的串联电路串接于待测逆变模块的输出端与地端之间，负载电容与主电源并联；辅助电源的正负极两端分别与待测逆变模块内驱动芯片的正负电源引脚相连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种逆变模块的测试，尤其是涉及一种电动汽车用电机控制器的并联MOSFET逆变模块的测试电路及测试方法。
背景技术
近年来，随着全球石油资源日趋紧张及环境污染日趋严重，发展绿色节能的新能源汽车的呼声越来越高。电动汽车作为其中发展最快，也是技术最成熟的新能源车，渐渐的出现在人们的视线中。电动车的动力系统不同于传统汽车的发动机、变速箱，它主要包括电池、电机和电机控制器。
电机控制器的大功率逆变模块是其核心部件，不仅在控制器工作中起着重要的作用，同时其本身也很昂贵和脆弱，只要出现了超过工作极限条件的情况（如过流、过压或者长时间高温工作），都会对功率模块造成不可恢复的损伤甚至烧毁。逆变模块主要包括两种功率器件：一种是绝缘栅双极型晶体管（IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor），主要用于高压系统，适用于大功率高速电动车；另一种是金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor），主要用于低压系统，适用于小功率低速电动车，由于MOSFET导通电阻的正温度系数这个特点，并且分离MOSFET价格相对较便宜，并联分离MOSFET组成一个大功率的模块成为越来越多设计者使用的方法。
虽然分离MOSFET并联有很多优点，但是由于并联后电子器件多，焊接工艺难以确保所有MOSFET的可靠，无法确认并联后的模块的实际使用情况是一个比较棘手的问题。如何测试功率模块的实际工作功率以及可通过的安全电流大小，同时又能最大程度的保证功率模块的完好，就需要设计一种专用的测试电路和测试方法。
发明内容
本发明的目的是提出一种并联MOSFET逆变模块的测试电路及测试方法，以用于测试并联MOSFET逆变模块的功能性及查找相应的隐患。
本发明的并联MOSFET逆变模块的测试电路由待测逆变模块、负载电路、主电源、辅助电源及PWM信号发生电路组成；所述待测逆变模块由驱动芯片、两个MOSFET管构成，其中第一MOSFET管的源极与第二MOSFET管的漏极连接，驱动芯片具有两个输出端，并分别连接至两个MOSFET管的栅极，所述驱动芯片接收PWM信号发生电路的PWM信号，并向两个MOSFET管的栅极发出相位相反的PWM驱动信号；第一MOSFET管的源极作为待测逆变模块的电源端，第二MOSFET管的漏极作为待测逆变模块的地端，两个MOSFET管的源极与漏极之间均通过二极管连接，二极管的导通方向由源极到漏极；所述驱动芯片的输入端作为待测逆变模块的输入端，第一MOSFET管的源极与第二MOSFET管的漏极的接点作为待测逆变模块的输出端；PWM信号发生电路的输出端与待测逆变模块的输入端连接，主电源的两端分别与待测逆变模块的电源端、地端连接而形成闭合回路；所述负载电路由调节电阻、负载电感、负载电阻及负载电容构成，其中调节电阻串接于测逆变模块的电源端与主电源之间，负载电感与负载电阻所组成的串联电路串接于待测逆变模块的输出端与地端之间，负载电容与主电源并联；辅助电源的正负极两端分别与待测逆变模块内驱动芯片的正负电源引脚相连接。
上述辅助电源的作用是给驱动芯片供电，以便驱动芯片能在收到PWM信号后，输出相应的PWM驱动信号给两个MOSFET管，从而控制MOSFET管的开关动作。具体来说，驱动芯片输出的信号是两个相位相反的PWM信号，当对应于PWM的高电平时，MOSFET管导通，当对应于PWM的低电平时，MOSFET管关断，因驱动芯片的驱动电流能力较大，可以快速控制MOSFET管的导通和关断。
进一步地，为方便测试，所述调节电阻是可调阻值的变阻器；所述电源是输出电压及输出电流均可调的可调电源；所述PWM信号发生电路所输出的PWM信号占空比可调。
采用上述测试电路对并联MOSFET逆变模块进行测试，包括短路测试、虚焊及元件缺陷测试、带载能力测试，其中：
所述短路测试的具体步骤如下：利用辅助电源为待测逆变模块供电，同时监测辅助电源电流是否超出预定范围，若超出则中止测试，排查原因，若辅助电源电流处于预定范围内，则测量待测逆变模块中的驱动芯片的各脚电压、电流是否异常，并利用PWM信号发生电路向待测逆变模块输出PWM信号，用示波器观察驱动芯片的输入及输出是否异常；若驱动芯片两个输出端电压被拉低，则说明对应的MOSFET管异常，若驱动芯片的电源引脚的电压被拉低或电流比正常工作的大，则说明驱动芯片和/或MOSFET管异常；在驱动芯片和MOSFET管均正常工作的情况下，断开PWM信号，再逐渐增加主电源的电压，监测主电源的输出电流，若此时主电源的输出电流不为零，则说明该待测逆变模块存在短路情况。
虚焊及元件缺陷测试的具体步骤如下：将主电源的输出电压调为零伏，并断开负载电阻，利用PWM信号发生电路向待测逆变模块输出PWM信号，用示波器观察待测逆变模块的输出端的波形，并将该波形与同样测试条件下的已确定质量没问题的参考逆变模块的输出端波形做对比，两个波形的幅值不同则说明待测逆变模块存在虚焊或缺陷元件。
带载能力测试的具体步骤如下：关闭主电源、辅助电源及PWM信号发生电路，然后将调节电阻的阻值调为零欧，再开启PWM信号发生电路，并调节PWM信号发生电路的输出信号的占空比，以保证待测逆变模块的两个MOSFET都能轮流导通；启动辅助电源为待测逆变模块供电，用示波器观察待测逆变模块的输出端的波形，同时逐渐升高主电源的输出电压，直到待测逆变模块的输出端的波形幅值不再升高，保持此时的主电源的输出电压，然后将PWM信号的占空比逐渐调小，直到主电源的输出电流为1A；再升高主电源的输出电压到实际工作电压，然后再逐渐增加PWM信号占空比，将待测逆变模块的输出电压波形与同样测试条件下的已确定质量没问题的参考逆变模块的输出电压波形做对比，如果波形一致，则判定被测模块正常，如果不一致则判定待测逆变模块异常。
本发明的并联MOSFET逆变模块的测试电路简单、测试方法可靠，可以适用于半桥、三相和全桥电路的测试，以认证并联MOSFET逆变模块的功能性和查找可能存在的隐患。
附图说明
图1是本发明的并联MOSFET逆变模块的测试电路原理图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。
实施例1：
如图所示，本实施例的待测逆变模块由待测逆变模块、负载电路、主电源、辅助电源及PWM信号发生电路组成；所述待测逆变模块由驱动芯片、两个MOSFET管构成，其中第一MOSFET管的源极与第二MOSFET管的漏极连接，驱动芯片具有两个输出端，并分别连接至两个MOSFET管的栅极，所述驱动芯片接收PWM信号发生电路的PWM信号，并向两个MOSFET管的栅极发出相位相反的PWM驱动信号；第一MOSFET管的源极作为待测逆变模块的电源端，第二MOSFET管的漏极作为待测逆变模块的地端，两个MOSFET管的源极与漏极之间均通过二极管连接，二极管的导通方向由源极到漏极；所述驱动芯片的输入端作为待测逆变模块的输入端，第一MOSFET管的源极与第二MOSFET管的漏极的接点作为待测逆变模块的输出端；PWM信号发生电路的输出端与待测逆变模块的输入端连接，主电源的两端分别与待测逆变模块的电源端、地端连接而形成闭合回路；所述负载电路由调节电阻、负载电感、负载电阻及负载电容构成，其中调节电阻串接于测逆变模块的电源端与主电源之间，负载电感与负载电阻所组成的串联电路串接于待测逆变模块的输出端与地端之间，负载电容与主电源并联；辅助电源的正负极两端分别与待测逆变模块内驱动芯片的正负电源引脚相连接。
为方便测试，在本实施例中，调节电阻Rft是可调阻值的变阻器；所述电源是输出电压及输出电流均可调的可调电源；所述PWM信号发生电路所输出的PWM信号占空比可调，具体可采用硬件电路搭接或者信号发生器，此处不再赘述。
采用上述测试电路对并联MOSFET逆变模块进行测试，包括短路测试、虚焊及元件缺陷测试、带载能力测试，其中：
所述短路测试的具体步骤如下：利用辅助电源为待测逆变模块供电，同时监测辅助电源电流是否超出预定范围，若超出则中止测试，排查原因，若辅助电源电流处于预定范围内，则测量待测逆变模块中的驱动芯片的各脚电压、电流是否异常，若驱动芯片两个输出端电压被拉低，则说明对应的MOSFET管异常，若驱动芯片的电源引脚的电压被拉低或电流比正常工作的大，则说明驱动芯片和/或MOSFET管异常；利用PWM信号发生电路向待测逆变模块输出PWM信号，用示波器观察驱动芯片的输入及输出是否异常；若驱动芯片两个输出端电压被拉低，则说明对应的MOSFET管异常，若驱动芯片的电源引脚的电压被拉低或电流比正常工作的大，则说明驱动芯片和/或MOSFET管异常；在驱动芯片和MOSFET管均正常工作的情况下，断开PWM信号，再逐渐增加主电源的电压，监测主电源的输出电流，若此时主电源的输出电流不为零，则说明该待测逆变模块存在短路情况。
虚焊及元件缺陷测试的具体步骤如下：将主电源的输出电压调为零伏，并断开负载电阻，利用PWM信号发生电路向待测逆变模块输出PWM信号，同时利用PWM信号发生电路向已确定质量没问题的参考逆变模块输出同样的PWM信号，用示波器观察待测逆变模块和参考逆变模块的输出端的波形，并将两个逆变模块的输出端波形做对比，两个波形的幅值不同则说明待测逆变模块存在虚焊或缺陷元件。
带载能力测试的具体步骤如下：关闭主电源、辅助电源及PWM信号发生电路，然后将调节电阻的阻值调为零欧，再开启PWM信号发生电路，并调节PWM信号发生电路的输出信号的占空比，以保证待测逆变模块的两个MOSFET都能轮流导通；启动辅助电源为待测逆变模块供电，用示波器观察待测逆变模块的输出端的波形，同时逐渐升高主电源的输出电压，直到待测逆变模块的输出端的波形幅值不再升高，保持此时的主电源的输出电压，然后将PWM信号的占空比逐渐调小，直到主电源的输出电流为1A；再升高主电源的输出电压到实际工作电压，然后再逐渐增加PWM信号占空比，将待测逆变模块的输出电压波形与同样测试条件下的已确定质量没问题的参考逆变模块的输出电压波形做对比，如果波形一致，则判定被测模块正常，如果不一致则判定待测逆变模块异常。
上述测试是基于半桥电路的，但是三相和全桥电路可以看作三个或两个半桥，分别测试；在确认每个半桥都正常的情况下，将三相或全桥模拟真实方式工作，查看噪音、热等对桥之间的干扰和相互影响，因此可以说半桥、全桥、三相桥电路总体的步骤是一致的，在本实施例的基础上，技术人员即可完成全桥、三相桥电路的相关测试。
Claims (7)
1.一种并联MOSFET逆变模块的测试电路，其特征在于由待测逆变模块、负载电路、主电源、辅助电源及PWM信号发生电路组成；所述待测逆变模块由驱动芯片、两个MOSFET管构成，其中第一MOSFET管的源极与第二MOSFET管的漏极连接，驱动芯片具有两个输出端，并分别连接至两个MOSFET管的栅极，所述驱动芯片接收PWM信号发生电路的PWM信号，并向两个MOSFET管的栅极发出相位相反的PWM驱动信号；第一MOSFET管的源极作为待测逆变模块的电源端，第二MOSFET管的漏极作为待测逆变模块的地端，两个MOSFET管的源极与漏极之间均通过二极管连接，二极管的导通方向由源极到漏极；所述驱动芯片的输入端作为待测逆变模块的输入端，第一MOSFET管的源极与第二MOSFET管的漏极的接点作为待测逆变模块的输出端；PWM信号发生电路的输出端与待测逆变模块的输入端连接，主电源的两端分别与待测逆变模块的电源端、地端连接而形成闭合回路；所述负载电路由调节电阻、负载电感、负载电阻及负载电容构成，其中调节电阻串接于测逆变模块的电源端与主电源之间，负载电感与负载电阻所组成的串联电路串接于待测逆变模块的输出端与地端之间，负载电容与主电源并联；辅助电源的正负极两端分别与待测逆变模块内驱动芯片的正负电源引脚相连接。
2.根据权利要求1所述的并联MOSFET逆变模块的测试电路，其特征在于所述调节电阻是可调阻值的变阻器。
3.根据权利要求1所述的并联MOSFET逆变模块的测试电路，其特征在于所述电源是输出电压及输出电流均可调的可调电源。
4.根据权利要求1所述的并联MOSFET逆变模块的测试电路，其特征在于所述PWM信号发生电路所输出的PWM信号占空比可调。
5.一种并联MOSFET逆变模块的测试方法，采用权利要求1所述的测试电路，包括短路测试、虚焊及元件缺陷测试、带载能力测试，其特征在于所述短路测试的具体步骤如下：利用辅助电源为待测逆变模块供电，同时监测辅助电源电流是否超出预定范围，若超出则中止测试，排查原因，若辅助电源电流处于预定范围内，则测量待测逆变模块中的驱动芯片的各脚电压、电流是否异常，并利用PWM信号发生电路向待测逆变模块输出PWM信号，用示波器观察驱动芯片的输入及输出是否异常；若驱动芯片两个输出端电压被拉低，则说明对应的MOSFET管异常，若驱动芯片的电源引脚的电压被拉低或电流比正常工作的大，则说明驱动芯片和/或MOSFET管异常；在驱动芯片和MOSFET管均正常工作的情况下，断开PWM信号，再逐渐增加主电源的电压，监测主电源的输出电流，若此时主电源的输出电流不为零，则说明该待测逆变模块存在短路情况。
6.根据权利要求5所述的并联MOSFET逆变模块的测试方法，其特征在于所述虚焊及元件缺陷测试的具体步骤如下：将主电源的输出电压调为零伏，并断开负载电阻，利用PWM信号发生电路向待测逆变模块输出PWM信号，用示波器观察待测逆变模块的输出端的波形，并将该波形与同样测试条件下的已确定质量没问题的参考逆变模块的输出端波形做对比，两个波形的幅值不同则说明待测逆变模块存在虚焊或缺陷元件。
7.根据权利要求5所述的并联MOSFET逆变模块的测试方法，其特征在于所述带载能力测试的具体步骤如下：关闭主电源、辅助电源及PWM信号发生电路，然后将调节电阻的阻值调为零欧，再开启PWM信号发生电路，并调节PWM信号发生电路的输出信号的占空比，以保证待测逆变模块的两个MOSFET都能轮流导通；启动辅助电源为待测逆变模块供电，用示波器观察待测逆变模块的输出端的波形，同时逐渐升高主电源的输出电压，直到待测逆变模块的输出端的波形幅值不再升高，保持此时的主电源的输出电压，然后将PWM信号的占空比逐渐调小，直到主电源的输出电流为1A；再升高主电源的输出电压到实际工作电压，然后再逐渐增加PWM信号占空比，将待测逆变模块的输出电压波形与同样测试条件下的已确定质量没问题的参考逆变模块的输出电压波形做对比，如果波形一致，则判定被测模块正常，如果不一致则判定待测逆变模块异常。
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