CN207752105U - 功率模块间歇工作寿命试验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种功率模块间歇工作寿命试验系统，包括至少一个用于连接待试验功率模块的试验装置和供应恒流电流的试验电源，所述试验装置包括：连接模块，以并联方式连接至少两个待试验功率模块；控制模块，用于控制待试验功率模块按照预定导通顺序依次循环导通及记录待试验功率模块的导通次数并判断导通次数是否达到预设的第一阈值；温度检测模块，用于在待试验功率模块的温度达到预设的第二阈值时发出温度检测信号至控制模块；为控制模块供电的隔离电源；用于冷却待试验功率模块的冷却模块；各试验装置的连接模块依次串联并连接于试验电源和接地端之间。本实用新型实施例试验消耗的功率仅为待试验功率模块自身固有损耗，能耗低。

Description

功率模块间歇工作寿命试验系统

技术领域

本实用新型实施例涉及功率模块工作寿命试验技术领域，具体涉及一种功率模块间歇工作寿命试验系统。

背景技术

IGBT模块作为一种大功率半导体功率开关器件，广泛应用于电机变频调速以及各种高性能电源、工业电气自动化等领域有着广阔的市场。通常地，半导体功率模块在出厂前都需要进行间歇工作寿命测试，特别是对于军用半导体功率模块，其间歇工作寿命测试要求更为严格，对于军用IGBT功率模块的鉴定试验，军用规范要求抽取一定比例的半导体功率模块进行至少10万次的间歇工作寿命试验。

现有的功率模块间歇工作寿命试验系统基本上都是采用并联的方式来连接各待试验的功率模块，结构相对复杂，能耗高。而且可同时试验的功率模块有限，试验效率相对较低，难以满足大批量的试验需求。

实用新型内容

本实用新型实施例要解决的技术问题在于，提供一种功率模块间歇工作寿命试验系统，能有效降低试验能耗。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例采用如下技术方案：一种功率模块间歇工作寿命试验系统，包括至少一个用于连接待试验功率模块的试验装置和为所述待试验功率模块提供试验用电源的试验电源，所述试验装置包括：

连接模块，用于以并联方式连接至少两个待试验功率模块；

控制模块，连接至所述连接模块，用于控制所述至少两个待试验功率模块按照预定导通顺序依次循环导通以及记录待试验功率模块的导通次数并判断待试验功率模块的导通次数是否达到预设的第一阈值；

温度检测模块，用于检测导通中的待试验功率模块的温度并在检测到所述温度达到预设的第二阈值时发出温度检测信号至控制模块；

隔离电源，用于为所述控制模块供电；以及

冷却模块，用于根据控制模块依据温度检测信号而发出的冷却指令信号冷却对应的待试验功率模块；

各试验装置的连接模块依次串联并连接于所述试验电源和接地端之间，所述试验电源为所述待试验功率模块供应恒流电流。

进一步地，所述控制模块包括：

单片机控制子模块，用于记录每个待试验功率模块导通次数并根据温度检测模块发出的检测信号和所述预定导通顺序循环生成及输出导通所述至少两个待试验功率模块中的一个的驱动信号，还用于根据温度检测模块发出的检测信号生成及输出冷却指令信号；和

驱动放大子模块，与所述单片机控制子模块相连，用于将所述单片机控制子模块输出的驱动信号和冷却指令信号放大后再分别输出至所述驱动信号对应的待试验功率模块和冷却指令信号对应的所述冷却模块。

进一步地，所述试验装置还包括与所述至少两个待试验功率模块并联的旁路功率模块，所述单片机控制子模块还用于在每个待试验功率模块导通次数达到预设的第一阈值时输出控制所述旁路功率模块导通的驱动信号以及冷却所述旁路功率模块的冷却指令信号，所述冷却模块还用于根据所述冷却所述旁路功率模块的冷却指令信号冷却所述旁路功率模块。

进一步地，所述系统还包括为试验装置提供控制电压的系统电源，所述控制模块还包括降压电阻、二极管、第一开关单元和第二开关单元，其中，所述降压电阻一端连接系统电源而另一端连接所述二极管正极，所述二极管的负极再通过所述第一开关单元的输出侧接地，所述第一开关单元的输入侧的两个接线端分别连接至单片机控制子模块的第一控制信号引脚和GND引脚，所述第二开关单元的输入侧的两个接线端分别连接至所述二极管的正极和接地端，所述第二开关单元的输出侧的两个接线端分别对应连接所述单片机控制子模块的GND引脚和所述驱动放大子模块的第一控制引脚，所述隔离电源的VCC+端分别连接单片机控制子模块的VCC引脚和驱动放大子模块的VCC引脚，所述隔离电源的VCC-端分别连接单片机控制子模块的GND引脚和驱动放大子模块的GND引脚。

进一步地，所述第二开关单元的输入侧的接线端和所述二极管的正极之间还连接有缓冲器。

进一步地，所述第一开关单元和第二开关单元均为光耦。

进一步地，所述系统还包括：

冷却介质恒温控制子系统，与各试验装置中的冷却模块相连接，用于为各冷却模块循环供应低温冷却介质。

进一步地，所述冷却介质恒温控制子系统包括：

存储箱，用于存储冷却介质并与各冷却模块分别形成循环回路以将低温冷却介质输送至各冷却模块并接收冷却模块送回的高温冷却介质；

制冷器，与存储箱形成循环回路，用于将存储箱送来的冷却介质进行冷却后再送回存储箱；

温控模块，用于检测存储箱中冷却介质的温度并在检测到的存储箱中冷却介质温度达到预设的第三阈值时启动制冷器对存储箱内的冷却介质进行冷却处理。

采用上述技术方案，本实用新型实施例至少具有以下有益效果：本实用新型实施例提供的试验系统采用串并联方式连接各待试验功率模块，以恒定电流流过待试验功率模块，以待试验功率模块自身为负载进行试验，消耗的功率仅为待试验功率模块自身固有损耗，能耗低；还能同时对任意多只待试验功率模块进行试验，节约试验时间，减少试验占用设备及场地，使试验成本降至最低。

附图说明

图1是本实用新型功率模块间歇工作寿命试验系统一个实施例的电路原理示意图。

图2是本实用新型功率模块间歇工作寿命试验系统具体应用时的步骤流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，以下的示意性实施例及说明仅用来解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定，而且，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

如图1所示，本实用新型一个实施例提供一种功率模块间歇工作寿命试验系统，可用于诸如IGBT模块等功率模块的间距工作寿命试验，所述功率模块间歇工作寿命试验系统包括至少一个用于连接待试验功率模块9的试验装置1和为所述待试验功率模块9提供试验用电源的试验电源2。

所述试验装置1包括：

连接模块（图未示出），用于以并联方式连接至少两个待试验功率模块9；

控制模块（图未标号），连接至所述连接模块，用于控制所述至少两个待试验功率模块9按照预定导通顺序依次循环导通以及记录待试验功率模块9的导通次数并判断待试验功率模块9的导通次数是否达到预设的第一阈值；

温度检测模块（图未示出），用于检测导通中的待试验功率模块9的温度并在检测到所述温度达到预设的第二阈值时发出温度检测信号至控制模块；

隔离电源16，用于为所述控制模块供电；以及

冷却模块18，用于根据控制模块依据所述温度检测信号而发出的冷却指令信号冷却对应的待试验功率模块9；

各试验装置的连接模块依次串联并连接于所述试验电源2和接地端之间，所述试验电源2为所述待试验功率模块9供应恒流电流。

本实用新型实施例提供的试验系统采用串并联方式连接各待试验功率模块9，具体实施时，各试验装置1的连接模块依次串联，再以第一个试验装置1的连接模块的外端连接至所述试验电源2，而最后一个试验装置1的连接模块的外端接地，以恒定电流流过待试验功率模块9，以待试验功率模块9自身为负载进行试验，消耗的功率仅为待试验功率模块自身固有损耗，能耗低；同时，还能对任意多只待试验功率模块9进行试验，节省了试验时间，减少试验所占用设备及场地，使试验成本降至最低。

在一个可选实施例中，所述控制模块包括：

单片机控制子模块120，用于记录每个待试验功率模块9导通次数并根据温度检测模块发出的检测信号和所述预定导通顺序循环生成及输出导通所述至少两个待试验功率模块9中的一个的驱动信号，还用于根据温度检测模块发出的检测信号生成及输出冷却指令信号；和

驱动放大子模块122，与所述单片机控制子模块120相连，用于将所述单片机控制子模块120输出的驱动信号和冷却指令信号放大后再分别输出至所述驱动信号对应的待试验功率模块9和冷却指令信号对应的所述冷却模块14。

本实施例通过采用单片机控制子模块120，并配合驱动放大子模块122，可以及时、准确地生成驱动信、冷却指令信号等各类控制信号，可高效准确地实现待试验功率模块9切换导通和冷却动作。

在另一个实施例，所述试验装置1还包括与所述至少两个待试验功率模块9并联的旁路功率模块19，所述单片机控制子模块120还用于在每个待试验功率模块9导通次数达到预设的第一阈值时输出控制所述旁路功率模块19导通的驱动信号以及冷却所述旁路功率模块19的冷却指令信号，所述冷却模块14还用于根据所述冷却所述旁路功率模块19的冷却指令信号冷却所述旁路功率模块19。

本实施例通过设置与待试验功率模块9并联的旁路功率模块19，可以在试验装置1中所连接的各待试验功率模块9的导通次数均已经达到第一阈值时（即达到间歇工作寿命试验所要求的间歇工作次数）时，通过旁路功率模块19来维持整个系统的试验回路的畅通，进而可使该试验装置1中的各待试验功率模块9关断，避免损耗各待试验功率模块9的正常使用寿命。可以理解的是，若未设置旁路功率模块19，也还可以通过使各待试验功率模块9中的一个持续导通并同时实施冷却或者仍由本试验装置1中的各待试验功率模块9循环导通来维持试验回路的畅通。

在本实用新型一个实施例中，所述系统还包括为试验装置1提供控制电压的系统电源3，所述控制模块还包括降压电阻R、二极管D、第一开关单元U1和第二开关单元U2，其中，所述降压电阻R一端连接所述系统电源3而另一端连接所述二极管D正极，所述二极管D的负极再通过所述第一开关单元U1的输出侧接地，所述第一开关单元U1的输入侧的两个接线端分别连接至单片机控制子模块120的第一控制信号引脚1201和GND引脚1202，所述第二开关单元U2的输入侧的两个接线端分别连接至所述二极管D的正极和接地端，所述第二开关单元U2的输出侧的两个接线端分别对应连接所述单片机控制子模块120的GND引脚1202和所述驱动放大子模块122的第一控制引脚1220，所述隔离电源16的VCC+端分别连接单片机控制子模块120的VCC引脚1203和驱动放大子模块122的VCC引脚1221，所述隔离电源16的VCC-端分别连接单片机控制子模块120的GND引脚1202和驱动放大子模块122的GND引脚1222。

本实施例通过设置系统电源3以及为所述控制模块配置外围控制电路，当一个试验装置中连接的全部待试验功率模块9中仍有待试验功率模块的导通次数小于第一阈值时，单片机控制子模块120将对第一开关单元U1输出高电平，第一开关单元U1的输出侧导通，此时，系统电源3将通过二极管D和第一开关单元U1接地，第二开关单元U2的输出侧将处于截止状态，驱动放大子模块122可以正常工作；而当系统中有部分试验装置1中连接的待试验功率模块9的导通次数已达到第一阈值时，这一部分试验装置1中的单片机控制子模块120将对第一开关单元U1输出低电平，此时，这一部分试验装置1中的第一开关单元U1的输出侧截止，但是，另一部分试验装置1仍有待试验功率模块9的导通次数未达到第一阈值，这另一部分试验装置1中的第一开关单元U1的输出侧仍为导通，此时，系统电源3仍将通过另一部分试验装置1中的二极管D和第一开关单元U1的输出侧接地，所有试验装置1中的第二开关单元U2的输出侧仍将处于截止状态，驱动放大子模块122可以正常工作；而当系统中连接的全部待试验功率模块9的导通次数均达到第一阈值时，各试验装置1中的单片机控制子模块120将对第一开关单元U1输出低电平，此时，各试验装置1中的第一开关单元U1的输出侧均截止，系统电源3转而为第二开关单元U2供电，此时，第二开关单元U2的输出侧将转为导通状态，驱动放大子模块122的所有输出将被拉为低电平而使整个系统停止工作。本实施例以简单的电路结构实现了在试验完成时及时控制系统整体停止工作的控制操作，保障了整个试验系统的完全性，避免了不必要的能耗。

在本实用新型另一个可选实施例中，所述第二开关单元U2的输入侧的接线端和所述二极管D的正极之间还连接有缓冲器U3。本实施例通过在第二开关单元U2的输入侧连接一个缓冲器U3，可以有效地实现电平匹配，削弱前一级（系统电源）对后一级（第二开关单元）的影响，确保系统能正常工作，提升了系统安全性。

在本实施一个具体实施例中，所述第一开关单元U1和第二开关单元U2均为光耦。本实施例通过采用光耦作为相应的开关单元，不仅成本低，而且在进行电路控制时反应快速，控制效果更好。

在本实施一个可选实施例中，所述系统还包括：冷却介质恒温控制子系统4，用于与各试验装置1中的冷却模块14相连接，为各冷却模块14循环供应低温冷却介质。本实施例通过配置冷却介质恒温控制子系统4，可以使各试验装置1中的冷却模块14能获得足够低温的冷却介质来对各功率模块（待试验功率模块9或者旁路功率模块19）实施冷却，冷却效果更好。

在本实施一个具体实施例中，所述冷却介质恒温控制子系统4包括：

存储箱40，用于存储冷却介质并与各冷却模块14分别形成循环回路以将低温冷却介质输送至各冷却模块14并接收冷却模块14送回的高温冷却介质；

制冷器42，与存储箱40形成循环回路，用于将存储箱40送来的冷却介质进行冷却后再送回存储箱40；

温控模块44，用于检测存储箱40输送至制冷器42中的冷却介质的温度并在检测到的存储箱40输送至制冷器42中的冷却介质的温度达到预设的第三阈值时启动制冷器42对存储箱40内的冷却介质进行冷却处理。

本实施例通过配置制冷器42和温控模块44，可以在试验过程中，及时地冷却随着试验时间的延长而逐渐升温的冷却介质，从而确保冷却介质始终维持相对低温，从而保障冷却模块的冷却效果。

如图2所示，本实用新型实施例还提供一种功率模块间歇工作寿命试验系统在具体应用时，具体包括以下步骤：

步骤S1，将待试验功率模块分为若干个模块组，每一模块组包括至少两个并联的待试验功率模块9，各模块组再依次串联；

步骤S2，预设参数，包括预设每一模块组内各待试验功率模块9的导通顺序、各待试验功率模块9导通次数的初始值和第一阈值以及各待试验功率模块9温度的第二阈值；

步骤S3，按照预设的导通顺序控制每一模块组中的一个待试验功率模块9导通并保持同组的其他待试验功率模块9关断，为导通状态的待试验功率模块9供应恒流电流；

步骤S4，分别检测每一个处于导通状态的待试验功率模块9的温度；

步骤S5，检测到有处于导通状态的待试验功率模块9的温度达到第二阈值时，按照预设的导通顺序控制温度达到第二阈值的待试验功率模块9所属模块组中的下一个待试验功率模块9导通；

步骤S6，对所述温度达到第二阈值的待试验功率模块9实施关断及冷却处理，并对所述温度达到第二阈值的待试验功率模块9的导通次数进行计数并判断所述温度达到第二阈值的待试验功率模块9的导通次数是否达到第二阀值；

步骤S7，判断所有待试验功率模块9的导通次数是否均达到第一阈值，如是终止试验，如否，返回步骤S4循环进行。

本实用新型实施例提供的试验系统采用串并联方式连接各待试验功率模块9，以恒定电流流过待试验功率模块9，以待试验功率模块9自身为负载进行试验，消耗的功率仅为待试验功率模块9自身固有损耗，能耗低；同时，还能对任意多只待试验功率模块9进行试验，节省了试验时间，减少试验所占用设备及场地，使试验成本降至最低。

在上述步骤S1中，每一模块组还可并联有一个旁路功率模块19；而在上述步骤S5中，监测到有处于导通状态的待试验功率模块9的温度达到第二阈值时，还判断温度达到第二阈值的待试验功率模块9所属模块组内的各待试验功率模块9的导通次数是否均达到第一阈值，如是，使所述旁路功率模块19导通并对所述旁路功率模块19实施冷却然后关断所述温度达到第二阈值的待试验功率模块9，如否，按照所述导通顺序控制温度达到第二阈值的待试验功率模块9所属模块组中导通次数未达到第一阈值的下一个待试验功率模块9导通。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (8)

1.一种功率模块间歇工作寿命试验系统，包括至少一个用于连接待试验功率模块的试验装置和为所述待试验功率模块提供试验用电源的试验电源，其特征在于，所述试验装置包括：

连接模块，用于以并联方式连接至少两个待试验功率模块；

控制模块，连接至所述连接模块，用于控制所述至少两个待试验功率模块按照预定导通顺序依次循环导通以及记录待试验功率模块的导通次数并判断待试验功率模块的导通次数是否达到预设的第一阈值；

温度检测模块，用于检测导通中的待试验功率模块的温度并在检测到所述温度达到预设的第二阈值时发出温度检测信号至控制模块；

隔离电源，用于为所述控制模块供电；以及

冷却模块，用于根据控制模块依据温度检测信号而发出的冷却指令信号冷却对应的待试验功率模块；

各试验装置的连接模块依次串联并连接于所述试验电源和接地端之间，所述试验电源为所述待试验功率模块供应恒流电流。

2.如权利要求1所述的功率模块间歇工作寿命试验系统，其特征在于，所述控制模块包括：

单片机控制子模块，用于记录每个待试验功率模块导通次数并根据温度检测模块发出的检测信号和所述预定导通顺序循环生成及输出导通所述至少两个待试验功率模块中的一个的驱动信号，还用于根据温度检测模块发出的检测信号生成及输出冷却指令信号；和

驱动放大子模块，与所述单片机控制子模块相连，用于将所述单片机控制子模块输出的驱动信号和冷却指令信号放大后再分别输出至所述驱动信号对应的待试验功率模块和冷却指令信号对应的所述冷却模块。

3.如权利要求2所述的功率模块间歇工作寿命试验系统，其特征在于，所述试验装置还包括与所述至少两个待试验功率模块并联的旁路功率模块，所述单片机控制子模块还用于在每个待试验功率模块导通次数达到预设的第一阈值时输出控制所述旁路功率模块导通的驱动信号以及冷却所述旁路功率模块的冷却指令信号，所述冷却模块还用于根据所述冷却所述旁路功率模块的冷却指令信号冷却所述旁路功率模块。

4.如权利要求2所述的功率模块间歇工作寿命试验系统，其特征在于，所述系统还包括为试验装置提供控制电压的系统电源，所述控制模块还包括降压电阻、二极管、第一开关单元和第二开关单元，其中，所述降压电阻一端连接系统电源而另一端连接所述二极管正极，所述二极管的负极再通过所述第一开关单元的输出侧接地，所述第一开关单元的输入侧的两个接线端分别连接至单片机控制子模块的第一控制信号引脚和GND引脚，所述第二开关单元的输入侧的两个接线端分别连接至所述二极管的正极和接地端，所述第二开关单元的输出侧的两个接线端分别对应连接所述单片机控制子模块的GND引脚和所述驱动放大子模块的第一控制引脚，所述隔离电源的VCC+端分别连接单片机控制子模块的VCC引脚和驱动放大子模块的VCC引脚，所述隔离电源的VCC-端分别连接单片机控制子模块的GND引脚和驱动放大子模块的GND引脚。

5.如权利要求4所述的功率模块间歇工作寿命试验系统，其特征在于，所述第二开关单元的输入侧的接线端和所述二极管的正极之间还连接有缓冲器。

6.如权利要求4所述的功率模块间歇工作寿命试验系统，其特征在于，所述第一开关单元和第二开关单元均为光耦。

7.如权利要求1所述的功率模块间歇工作寿命试验系统，其特征在于，所述系统还包括：

冷却介质恒温控制子系统，与各试验装置中的冷却模块相连接，用于为各冷却模块循环供应低温冷却介质。

8.如权利要求7所述的功率模块间歇工作寿命试验系统，其特征在于，所述冷却介质恒温控制子系统包括：

存储箱，用于存储冷却介质并与各冷却模块分别形成循环回路以将低温冷却介质输送至各冷却模块并接收冷却模块送回的高温冷却介质；

制冷器，与存储箱形成循环回路，用于将存储箱送来的冷却介质进行冷却后再送回存储箱；

温控模块，用于检测存储箱中冷却介质的温度并在检测到的存储箱中冷却介质温度达到预设的第三阈值时启动制冷器对存储箱内的冷却介质进行冷却处理。