CN114076862A - 一种维也纳整流器半桥模块的上换流回路动态测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种维也纳整流器半桥模块的上换流回路动态测试装置，包括：双层PCB线路板，以及设置在双层PCB线路板上的分流器、解耦单元和模块接口；分流器用于测量流过被测模块中开关管的电流；模块接口用于为被测模块提供连接接口；动态测试装置仅使用小容值的表贴式电容作为最后一级解耦电容，通过外接通用直流母线电容板的方式，实现了多级解耦；同时由于母线电容板的使用，降低了不同模块动态测试的制板和器件成本。本发明可以减小测试板面积，降低测试成本，为功率模块提供较小的换流回路，提高其测试效果。

Description

一种维也纳整流器半桥模块的上换流回路动态测试装置

技术领域

本发明属于功率模块测试领域，尤其涉及一种维也纳整流器半桥模块的上换流回路动态测试装置。

背景技术

近几年，随着电力电子变换器对功率密度提出了越来越高的要求，功率模块封装技术发展十分迅猛。插针式功率模块由于其灵活的端子位置布局方式在功率模块设计中更受青睐。对这些功率模块做动态测试是获取模块开关性能参数的重要方式，一般都采用双脉冲测试来测试功率模块的动态性能。

维也纳整流器半桥结构存在四个功率端和三个半桥支路，功率端包括交流输入端、直流中点输出端、直流正电极输出端和直流负电极输出端，半桥支路包括整流桥臂上支路、整流桥臂下支路和双向开关支路，其中双向开关支路由两个功率开关管共源极串联构成。对插针式维也纳整流器半桥模块的动态测试，与传统的半桥型模块测试方法存在较大不同；测试上下换流回路动态参数的时候，所需要的电路连接差别较大，分别设计完整的动态测试装置需要更大的测试板面积，同时也会存在电容等器件的浪费。

因此有必要对插针式维也纳整流器半桥模块，专门设计其上换流回路动态测试装置。

发明内容

针对插针式维也纳整流器半桥模块的动态测试需要，本发明提供了一种维也纳整流器半桥模块的上换流回路动态测试装置，旨在解决维也纳整流器半桥模块动态测试中存在的测试板设计复杂、电容等器件的浪费的问题。

本发明提供了一种维也纳整流器半桥模块的上换流回路动态测试装置，包括：双层PCB线路板，以及设置在双层PCB线路板上的分流器、解耦单元和模块接口；分流器用于测量流过被测模块中开关管的电流；模块接口用于为被测模块提供连接接口；解耦单元，设置于双层PCB线路板的下表面，用于吸收开关过程中由测试回路电感引起的电压尖峰。

在本发明实施例中，PCB线路板入口处有直流母线接口；分流器位于线路板中部；被测模块接口位于分流器下方；用于解耦的表贴式电容分布于分流器两侧、被测模块上方，并紧靠被测模块；被测模块的两侧分别留有模块交流输入端电感接口、模块直流正电极输出端电感接口；被测模块的下方留有第一驱动接口和第二驱动接口和模块接口；被测模块的周围分布有功率测试点和驱动测试点；本发明可以减小测试板面积，降低测试成本，为功率模块提供较小的换流回路，提高其测试效果。

更进一步地，解耦单元包括：两个解耦电容组，两个解耦电容组分别对称设置在分流器的两侧，每个解耦电容组包括若干个先并联后串联的解耦电容。

更进一步地，解耦单元还包括：两个分压电阻组，分别与两个解耦电容组并联连接，且每个分压电阻组包括串联连接的分压电阻，所述分压电阻的阻值大于预设的第一阈值，第一阈值应使电阻损耗尽量小，优选为电阻损耗小于500mW。

更进一步地，所述解耦电容为表贴式电容，所述分压电阻为表贴式电阻。

更进一步地，模块接口与分压电阻之间的距离以及模块接口与解耦电容之间的距离都小于预设的第二阈值；其中，第二阈值的取值可以根据被测模块和动态测试装置上其他部分的尺寸而定，以互不干扰为原则的前提下尽量小。

更进一步地，上换流回路动态测试装置还包括：设置在双层PCB线路板两侧的直流正电极电感接口和交流输入电感接口，用于连接双脉冲电感；以及设置在双层PCB线路板的出口侧的第一驱动接口和第二驱动接口，用于与被测模块的驱动信号连接。

更进一步地，在直流正电极电感接口和交流输入电感接口之间设置有功率测试点，功率测试点包括：与直流正电极输出端对应的直流正电极测试点、与交流输入端对应的直流中点测试点以及与直流中点输出端对应的交流输入测试点。

更进一步地，在第一驱动接口和第二驱动接口的下方设置有用于测量驱动信号的第一栅极测试点、共源极驱动测试点和第二栅极测试点。

更进一步地，模块接口为插拔式结构，用于为被测模块提供直接插拔式连接接口。

优选地，模块接口采用焊接在PCB线路板上的弹簧座子，既保证连接的可靠性，又方便模块的插拔更换。

更进一步地，将分流器、直流正电极电感接口、交流输入电感接口、第一驱动接口和第二驱动接口布置在模块接口的四周用于减小换流回路的面积，作为一个具体实例，可以将分流器设置在模块接口的上方，直流正电极电感接口和交流输入电感接口分别设置在模块接口的左右两侧，第一驱动接口和第二驱动接口设置在模块接口的下方。

优选地，分流器可以采用同轴分流器，既方便示波器进行测量，又减小分流器所占的体积，减小了换流回路的面积，提高测试效果。

本发明提供的动态测试装置仅适用于插针式维也纳整流器半桥模块，且该模块采用共源极串联形式的双向开关。

对于高压模块，为了满足耐压需求，采用电容串联的形式来减小电容电压应力；优选地，表贴式串并联解耦电容分为两组并排均分在分流器两侧，且并联有大阻值电阻以满足均压要求，阻值大于预设阈值。

优选地，两个驱动接口单独位于测试板的一侧，与主电路部分分开，能减小主电路对驱动信号的干扰。

优选地，本发明提供的动态测试装置仅使用若干组陶瓷电容做最后一级解耦，为了保证直流母线的电压稳定，而外接装有前级解耦电容和容值达上千微法的电解电容和薄膜电容的PCB板，这样在做不同测试时既灵活，又降低了测试板和电解电容、薄膜电容的成本，十分经济方便。

总体而言，本发明通过上述技术方案实现了上换流回路动态测试功能，且具备如下技术优点：

(1)针对插针式维也纳整流器半桥模块的动态测试，设计适用于上换流回路的动态测试装置，避免为了同时满足上、下换流回路的测试电路而使测试板的设计复杂化，降低设计难度。

(2)本动态测试装置包含表贴式解耦电容及模块的功率和驱动连接和测试接口，测试时外接公用的直流母线电容板，降低了测试板的制板和电容器成本，从而降低了测试成本。

(3)对本动态测试装置，采用直接插拔的模块和驱动连接方式，能保证连接性能的同时，方便测试时更换模块和驱动电路，十分灵活，给批量测试带来很大便利。

(4)以被测模块为中心，将分流器、解耦电容、功率连接和测试部分、驱动连接和测试部分分布在模块接口的四周，与模块接口距离小于预设的第二阈值，从而减小了换流回路面积，减小了寄生参数，防止杂散参数的电信号影响测量结果；降低了主电路对驱动电路的影响，提高驱动信号的质量，从而获得更准确的测试结果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的插针式维也纳整流器半桥模块的动态测试装置所适用的被测模块的外形结构图；

图2是本发明实施例提供的动态测试装置中用于测试上换流回路的动态测试装置顶部布局示意图；

图3是本发明实施例提供的动态测试装置中用于测试上换流回路的动态测试装置底部布局示意图；

图4是本发明实施例提供的动态测试装置中用于测试上换流回路的动态测试PCB板的上层铜层分布示意图；

图5是本发明实施例提供的动态测试装置中用于测试上换流回路的动态测试PCB板的下层铜层分布示意图；

图6是本发明实施例提供的动态测试装置中对应的上换流回路测试电路结构图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为直流正电极输出端、2为直流负电极输出端、3为直流中点输出端、4为交流输入端、5为共源极驱动端、6为第一栅极、7为第二栅极、8为热敏电阻端、9为双层PCB线路板、10a为正直流母线接口、10b为负直流母线接口、11为分流器、12为模块接口、13为直流正电极电感接口、14为交流输入电感接口、15a为直流正电极测试点、15b为直流中点测试点、15c为交流输入测试点、16为第一驱动接口、17为第二驱动接口、18a为第一栅极测试点、18b为共源极驱动测试点、18c为第二栅极测试点、19为表贴式电容、20为表贴式电阻、21为直流母线正电极铜层、22为直流中点输出铜层、23为第一栅极引线、24为第二栅极引线、25为共源极驱动引线、26为缝合孔、27为直流母线负电极铜层、28为串联解耦电容中点铜层、29为直流母线正电极铜层、30为交流输入铜层。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。

本发明提供了一种维也纳整流器半桥模块的上换流回路动态测试装置，用于上换流回路动态测试的双层PCB线路板一块，连接在双层PCB线路板上的分流器、表贴式电阻、表贴式电容、第一驱动接口、第二驱动接口和模块接口；其中，双层PCB线路板的一侧入口留有正负直流母线的接口，采用螺丝压接的方式连接额外的直流母线电容板；分流器位于测试板中央，用于测量流过开关管的电流；表贴式电阻和表贴式电容位于双层PCB线路板的下表面，若干表贴式电容与一个或以上的表贴式电阻并联形成解耦子模块，而后再与另一组解耦子模块串联形成解耦电容组，两组这样的解耦电容组分布在分流器两端，且与模块靠近；适用于针状端子的模块接口位于测试板中部，靠近解耦电容和分流器，距离小于预设阈值，且留有模块直流中点输出端的测试点，每个连接口都与被测模块的端子一一对应；测试板两侧分别留有交流输入端电感接口和直流正电极输出端电感接口，用于连接双脉冲电感，且留有相应的测试点；测试板出口侧留有模块第一被测开关管的驱动接口和模块第二被测开关管的驱动接口，且留有相应测试点。

对于维也纳整流器半桥模块的动态测试，在测试上换流回路和下换流回路时采用的主电路连接方式差异很大，在同一块测试板上兼容两种测试电路，会使得测试电路板的面积增大，增加布局难度和测试板复杂度。优选地，针对上换流回路的动态测试，制作对应的动态测试装置，既降低了设计难度又减小了单个动态测试装置的面积，减小寄生参数带来的影响，提升了测试效果。

为了更进一步的说明本发明实施例提供的维也纳整流器半桥模块的上换流回路动态测试装置，现结合具体实例并参照附图详述如下：

如图1所示，是本发明实施例提供的维也纳整流器半桥模块的动态测试装置所适用的被测模块的外形图，该被测模块包含以下几类端子：直流正电极输出端1、直流负电极输出端2、直流中点输出端3、交流输入端4、共源极驱动端5、第一栅极6、第二栅极7、热敏电阻端8。其中：直流正电极输出端1、直流负电极输出端2、直流中点输出端3、交流输入端4为功率端；共源极驱动端5、第一栅极6、第二栅极7为驱动端；半桥支路包括整流桥臂上支路、整流桥臂下支路和双向开关支路，直流正电极输出端1和交流输入端4之间为整流桥臂上支路，直流负电极输出端2和交流输入端4之间为整流桥臂下支路，直流中点输出端3和交流输入端4之间为双向开关支路；双向开关支路由两个功率开关管共源极串联构成。

作为本发明的一个具体实施例，下面就插针式维也纳整流器半桥模块的动态测试装置进行阐述。值得说明的是，指示方位或位置关系的词如“上”、“下”、“左”、“右”、“中”等，均基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了描述本发明，而不是对本发明进行的限制。

图2是本发明实施例提供的动态测试装置中用于测试上换流回路的动态测试装置顶部布局示意图，图3是本发明实施例提供的动态测试装置中用于测试上换流回路的动态测试装置底部布局图；本动态测试装置包括：双层PCB线路板9、连接在PCB板上的分流器11、直流正电极电感接口13、交流输入电感接口14、第一驱动接口16、第二驱动接口17、表贴式电容19和表贴式电阻20；其中，PCB板9的上方留有正直流母线接口10a和负直流母线接口10b用于与含有数千微法容值电容的外接母线直流电容板相连；分流器11位于PCB线路板的中部，用于测量流过被测模块开关管的电流；表贴式电容19和表贴式电阻20位于PCB板9的底部，做解耦用。

本发明实施例中，串并联解耦电容分成对称的两组位于分流器的两侧；同时，为了实现较好的电容均压效果，每组串并联解耦电容都并联有两个表贴式分压电阻，为限制功耗，其阻值应大于预设的第一阈值；模块接口12与分压电阻和解耦电容的距离都小于预设的第二阈值，以获得较小的换流回路，减小寄生参数对测量结果的影响，从而获得更好的测试效果。

在双层PCB板9的下部为模块接口12，用于连接插针式维也纳整流器半桥模块，并在周围设置了直流正电极电感接口13、交流输入电感接口14、直流正电极测试点15a、直流中点测试点15b、交流输入测试点15c、第一驱动接口16、第二驱动接口17、第一栅极测试点18a、共源极驱动测试点18b、第二栅极测试点18c。从测试板顶部看，直流正电极电感接口13和交流输入电感接口14分别位于模块接口12右侧和左侧用于连接外部电感；功率测试点15包含直流正电极输出端1对应的直流正电极测试点15a、交流输入端4对应的直流中点测试点15b以及直流中点输出端3对应的交流输入测试点15c，用于测量模块内被测开关管的电压；在双层PCB板9的最下侧有第一驱动接口16、第二驱动接口17，并分别配有第一栅极测试点18a、共源极驱动测试点18b和第二栅极测试点18c，用于外接和测量驱动信号。

图4是本发明实施例提供的动态测试装置中用于测试上换流回路的动态测试PCB板的上层铜层分布图；图5是本发明实施例提供的动态测试装置中用于测试上换流回路的动态测试PCB板的下层铜层分布图。直流母线正电极铜层21为上层铜，与正直流母线接口10a相连，并通过缝合孔26与下层的直流母线正电极铜层29相连，直流母线正电极铜层29与模块直流正电极输出端1相连；直流母线负电极铜层27为下层铜，与负直流母线接口10b相连，并与分流器11的底部电极相连；直流中点输出铜层22为上层铜，与模块直流中点输出端3和分流器11的上层电极相连；串联的表贴式电容19和表贴式电阻20中点通过串联解耦电容中点铜层28跨接在直流母线负电极铜层27和直流母线正电极铜层29之间；交流输入铜层30与模块交流输入端4相连；直流正电极电感接口13位于直流母线正电极铜层29上，交流输入电感接口14位于交流输入铜层30上；第一栅极6、第一驱动接口16的两脚和第一栅极测试点18a通过第一栅极引线23相连；第二栅极7、第二驱动接口17的两脚和第二栅极测试点18c通过第二栅极引线24相连；第一驱动接口16的另两脚与第二驱动接口17的另两脚相连，并通过共源极驱动引线26与共源极驱动端5和共源极驱动测试点18b相连。

图6是本发明实施例提供的动态测试装置中对应的上换流回路测试电路示意图；在测量被测模块的上换流回路的动态性能时，将双脉冲测试所用的电感接在直流正电极电感接口13和交流输入电感接口14之间，将双脉冲驱动信号连接在第一驱动接口16上，将长通驱动信号连接在第二驱动接口17上，第一被测开关管的电压、电流和驱动测试结果分别从直流中点测试点15b和交流输入测试点15c、分流器11和第一栅极测试点18a和共源极驱动测试点18b测量得到。

本发明提供的动态测试装置仅采用表贴式电容作为最后一级解耦电容，并外接一块容值达数千微法的直流母线电容板，避免了采用不同测量电路时电解电容和薄膜电容的浪费，并且减小了单块测试板的面积，降低了测试的成本；在动态测试装置上，解耦电容紧靠被测模块，减小了换流回路的面积，进而减小了寄生参数对测试的影响，提高了测试的精度。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种维也纳整流器半桥模块的上换流回路动态测试装置，其特征在于，包括：双层PCB线路板(9)，以及设置在所述双层PCB线路板(9)上的分流器(11)、解耦单元和模块接口(12)；

所述分流器(11)用于测量流过被测模块中开关管的电流；

所述模块接口(12)用于为被测模块提供连接接口；

所述解耦单元设置于所述双层PCB线路板(9)的下表面，用于吸收开关过程中由测试回路电感引起的电压尖峰。

2.如权利要求1所述的上换流回路动态测试装置，其特征在于，解耦单元包括：两个解耦电容组，两个解耦电容组分别对称设置在分流器的两侧，每个解耦电容组包括若干个先并联后串联的解耦电容。

3.如权利要求2所述的上换流回路动态测试装置，其特征在于，解耦单元还包括：两个分压电阻组，分别与两个解耦电容组并联连接，且每个分压电阻组包括串联连接的分压电阻，所述分压电阻的阻值大于预设的第一阈值。

4.如权利要求2或3所述的上换流回路动态测试装置，其特征在于，所述解耦电容为表贴式电容，所述分压电阻为表贴式电阻。

5.如权利要求2-4任一项所述的上换流回路动态测试装置，其特征在于，所述模块接口(12)与分压电阻之间的距离以及所述模块接口(12)与解耦电容之间的距离都小于预设的第二阈值。

6.如权利要求1-5任一项所述的上换流回路动态测试装置，其特征在于，所述上换流回路动态测试装置还包括：设置在所述双层PCB线路板(9)两侧的直流正电极电感接口(13)和交流输入电感接口(14)，用于连接双脉冲电感；以及设置在所述双层PCB线路板(9)的出口侧的第一驱动接口(16)和第二驱动接口(17)，用于与被测模块的驱动信号连接。

7.如权利要求6所述的上换流回路动态测试装置，其特征在于，在所述直流正电极电感接口(13)和所述交流输入电感接口(14)之间设置有功率测试点，所述功率测试点包括：与所述直流正电极输出端(1)对应的直流正电极测试点(15a)、与所述交流输入端(4)对应的直流中点测试点(15b)以及与所述直流中点输出端(3)对应的交流输入测试点(15c)。

8.如权利要求6所述的上换流回路动态测试装置，其特征在于，在所述第一驱动接口(16)和所述第二驱动接口(17)的下方设置有用于测量驱动信号的第一栅极测试点(18a)、共源极驱动测试点(18b)和第二栅极测试点(18c)。

9.如权利要求1-8任一项所述的上换流回路动态测试装置，其特征在于，所述模块接口(12)为插拔式结构，用于为被测模块提供直接插拔式连接接口。

10.如权利要求1-9任一项所述的上换流回路动态测试装置，其特征在于，将所述分流器(11)、所述直流正电极电感接口(13)、所述交流输入电感接口(14)、所述第一驱动接口(16)和第二驱动接口(17)布置在所述模块接口(12)的四周用于减小换流回路的面积。

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