CN208000360U - 一种igbt驱动器测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种IGBT驱动器测试系统，包括：上位机、FPGA控制模块、输入信号模块以及输出信号模块，所述FPGA控制模块分别与所述上位机、输入信号模块以及输出信号模块相连，所述上位机通过总线与FPGA控制模块相连；所述输入信号模块包括：驱动次边电压检测模块、次边短路保护阈值检测模块、故障检测模块、同步检测模块、死区检测模块和门级电压检测模块；所述输出信号模块包括：PWM输出模块、故障使能模块、输出电源模块。该测试系统及方法具有多功能、模块化、自动化的特点，可适应不同种类的IGBT驱动器，具有扩展性并降低测试成本。

Description

一种IGBT驱动器测试系统

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种IGBT驱动器的测试系统。

背景技术

IGBT驱动器作为新能源领域的重要组成部分，对在该领域广泛应用的功率开关器件IGBT的可靠性和安全性非常重要。因此在IGBT驱动器推入市场之前，需要对其进行详细的测试，以确保IGBT驱动器的功能及性能。

目前，国内外的IGBT驱动器测试方案，主要针对某一款IGBT驱动器设计相应的IGBT驱动器测试机进行批量测试。由于IGBT驱动器的型号不一，其测试控制程序专一，具有局限性；而IGBT驱动器的种类繁多，在测试不同的IGBT驱动器的过程中需要更换测试机，增加了测试时间和测试成本。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提出一种功能完善、高性能、自动化的通用型IGBT驱动器测试系统。

本实用新型提供的IGBT驱动器的测试系统包括：上位机、FPGA控制模块、输入信号模块以及输出信号模块，所述FPGA控制模块分别与所述上位机、输入信号模块以及输出信号模块相连，所述上位机通过总线与FPGA控制模块相连；所述输入信号模块包括：驱动次边电压检测模块、次边短路保护阈值检测模块、故障检测模块、同步检测模块、死区检测模块和门级电压检测模块；所述输出信号模块包括：PWM输出模块、故障使能模块、输出电源模块。

本实用新型的有益效果：将整个系统模块化，通过FPGA控制模块连接上位机、输入信号模块及输出信号模块，利用端口丰富的特性及FPGA控制模块本身的特性，针对不同的IGBT驱动器，为上位机修改FPGA软件扩展IGBT驱动器的测试项提供硬件基础。该测试系统具有多功能、模块化、自动化的特点，可适应不同种类的IGBT驱动器，可降低测试成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例中IGBT驱动器测试系统的系统框图。

图2为本实用新型实施例中IGBT驱动器测试方法流程图。

图3为本实用新型实施例中输出电源模块的框图。

图4为本实用新型实施例中PWM输出模块的框图。

图5为本实用新型实施例中故障使能模块的框图。

图6为本实用新型实施例中故障检测模块的框图。

图7为本实用新型实施例中驱动次边电压检测模块的框图。

图8为本实用新型实施例中次边短路保护阈值检测模块的框图。

图9为本实用新型实施例中同步检测模块的框图。

图10为本实用新型实施例中死区检测模块的框图。

图11为本实用新型实施例中门级电压检测模块的框图。

图12为本实用新型实施例中电压检测单元的框图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本实用新型作进一步详细说明，应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。

如图1所示，本实用新型提供的IGBT驱动器测试系统，系统包括：上位机、FPGA控制模块、输入信号模块以及输出信号模块；FPGA控制模块分别与所述上位机、输入信号模块以及输出信号模块相连，上位机通过总线与FPGA控制模块相连，总线具体可以为：485总线。输出信号模块包括：PWM输出模块、故障使能模块和输出电源模块。输入信号模块包括：驱动次边电压检测模块、次边短路保护阈值检测模块、故障检测模块、同步检测模块、死区检测模块和门级电压检测模块。整个系统利用模块化及端口丰富的特性，可通过修改FPGA软件扩展IGBT驱动器的测试项。

FPGA控制模块为系统主要控制模块，其实现了与上位机的通信、设定PWM的输出、设定方波的输出，电压电流检测数据转换和时间检测，给出多选一通道选择芯片的通道选择信号。

根据如上的IGBT驱动器测试系统，该系统的测试方法如图2所示，包括如下步骤：

S11：上位机判断测试型号标志位是否为锁定状态，若是则进入步骤S18,若否则进入步骤S12；

S12：按照最大并联级数及最大电平数结构执行所有测试项；

S13：查询测试型号表，根据测试数据判定是否存在对应的测试型号，若是则进入步骤S16，若否则进入步骤S14；

S14：判断是否新建IGBT驱动器测试型号，若是则进入步骤S15，若否则进入步骤S11；

S15：设定IGBT模块的拓扑结构、选择测试项、进行项目配置、设定合格品判定条件；

S16：加载对应测试型号的配置文件，并更新测试型号表；

S17：是否进行锁定测试型号操作，若是则进入步骤S18，若否则进入步骤S11；

S18：扫描产品序列号，对选定的测试项进行自动测试，测试的详细数据及结果保存在本地及网络服务器上。

S19：判断测试结果是否通过，若是则进入步骤S20，若否则进入步骤S21；

S20：将IGBT驱动器分类到良品区；

S21：判断测试结果是否多次均未通过，若是则进入步骤S22，若否则进入步骤S18；

S22：将IGBT驱动器分类到故障区。

具体地，设计一台通用型IGBT驱动器测试系统，针对不同型号的IGBT驱动器仅需要使用一块测试点适配板即可，可以测量不超过三并联的三电平IGBT驱动器。

如图3所示，输出电源模块包括：电源、DC-DC电源转换模块、可调电压模块、多选一通道选择芯片、输出电压电流检测单元。DC-DC电源转换模块和可调电压模块并联，电源与DC-DC电源转换模块和可调电压模块连接，工作原理是电源给DC-DC电源转换模块和可调电压模块供电，经过多选一芯片给出系统控制所需要的电源电压；另输出电压电流检测单元对输出的电压电流进行检测，并输出至FPGA控制模块。其中，多选一通道选择芯片的选择信号由所述FPGA控制模块给出。

如图4所示，PWM输出模块包括：电平转换单元、多选一通道选择芯片，所述FPGA控制模块、电平转换单元、多选一通道选择芯片依次连接。工作原理是FPGA控制模块发出系统所需的PWM波形经过电平转换提高PWM的电平电压，通过多选一通道选择芯片实现选定通道输出PWM信号。其中，多选一通道选择芯片的选择信号由所述FPGA控制模块给出。

如图5所示，故障使能模块包括：电平转换单元、多选一通道选择芯片、输出光耦；所述FPGA控制模块、电平转换单元、多选一通道选择芯片、输出光耦依次相连；工作原理是FPGA控制模块发出系统所需的方波，经过电平转换提高方波的电平电压，通过多选一通道芯片实现选定通道输出方波信号。其中，多选一通道选择芯片的选择信号由所述FPGA控制模块给出；输出光耦包括线性光耦。

如图6所示，故障检测模块包括：故障信号输入端口，所述故障信号输入端口与所述FPGA控制模块连接。工作原理是IGBT驱动器故障时发出故障信号，由测试机故障信号输入端口传递给FPGA控制模块。

如图7所示，驱动次边电压检测模块包括：输入光耦和电压检测单元，所述输入光耦、电压检测单元、FPGA控制模块依次相连；工作原理是驱动次边电压信号经过输入光耦隔离，FPGA控制模块通过电压检测单元输入电压信号；输入光耦包括线性光耦。

如图8所示，次边短路保护阈值检测模块包括：输入光耦、多选一通道选择芯片、电压检测单元；所述输入光耦、多选一通道选择芯片、电压检测单元、FPGA控制模块依次连接。工作原理是次边短路保护电压信号经过输入光耦隔离，光耦输出信号经过多选一通道选择芯片实现选定通道输出到电压检测单元，FPGA控制模块对输入信号进行分析得到电压值；所述多选一通道选择芯片的选择信号由所述FPGA控制模块给出，输入光耦包括线性光耦。

如图9所示，同步检测模块包括：输入光耦、多选一通道选择芯片；所述输入光耦、多选一通道选择芯片、FPGA控制模块依次连接。工作原理是驱动输出信号经过输入光耦隔离，输入光耦输出信号经过多选一通道选择芯片实现选定通道输出到FPGA控制模块，FPGA控制模块对输入信号进行分析得到同步时间。所述多选一通道选择芯片的选择信号由所述FPGA控制模块给出，输入光耦包括线性光耦。

如图10所示，死区检测模块包括：输入光耦、多选一通道选择芯片；所述输入光耦、多选一通道选择芯片、FPGA控制模块依次连接。工作原理是驱动输出信号经过输入光耦隔离，输入光耦输出信号经过多选一通道选择芯片实现选定通道输出到FPGA控制模块，FPGA控制模块对输入信号进行分析得到死区时间。所述多选一通道选择芯片的选择信号由所述FPGA控制模块给出，输入光耦包括线性光耦。

如图11所示，门级电压检测模块包括：输入光耦、多选一通道选择芯片、电压检测单元；所述输入光耦、多选一通道选择芯片、电压检测单元、FPGA控制模块依次连接。工作原理是驱动输出信号经过输入光耦隔离，输入光耦输出信号经过多选一通道选择芯片实现选定通道输出到电压检测单元，FPGA控制模块对输入信号进行分析得到电压值。所述多选一通道选择芯片的选择信号由所述FPGA控制模块给出，输入光耦包括线性光耦。

在以上的输入信号模块中的各检测模块中，所有涉及的电压检测单元可采用常用的电压检测单元，但为了提高电压检测单元的检测精度，采用如下的电路，如图12所示，电压检测单元包括：比较电路、比例电路以及模数转换芯片；其工作原理是被测电压信号经过比较电路与设定值进行比较得出比例电路使能信号，判断该电压属于高电压范围还是低电压范围；该电压信号同时经过比例电路，若比例电路使能信号有效，则对该电压信号进行比例缩放，进入模数转换芯片进行转换；若比例电路使能信号无效，则该电压信号直接进入模数转换芯片进行转换。现有的技术中，针对一种电压信号，通常采用同一种采样精度的模数转换器，但在本系统中，在不同的测试型号中同一测试电压信号的电压等级不同；先用一个比较电路给这个电压信号分等级，电压等级高的进入比例电路进行比例缩放后进入模数转换器；而电压等级低的电压信号直接进入模数转换器，这样可以用一个电压量程较低的高精度模数转换器来实现不同电压等级的精确测量。

上述的IGBT驱动器测试方法中，配置文件及操作指令由上位机经485总线下发给FPGA控制模块。

在步骤S11中，判定测试型号标志位是否为锁定状态，以确定测试机是否正在对某一特定测试型号的产品进行测试。

在步骤S12中，按照三并联级数及三电平数结构依次执行所有测试项。

在步骤S13、S14的判断过程，对于新建的IGBT驱动器型号，需要进入步骤S15，针对新建的IGBT驱动器型号，可设定IGBT模块的拓扑结构，具体包括IGBT模块并联级数、IGBT模块电平级数、NTC(Negative Temperature Coefficient，)检测级数。需测试的IGBT驱动器，每个具有唯一的序列号。针对不同型号的IGBT驱动器，可灵活选择不同的测试项及合格品判断条件。测试项覆盖IGBT驱动器大部分的测试项，包括静态功耗、开通/关断延时、开通/关断同步时间、短路保护时间、故障锁定时间、死区时间、欠压保护阈值、欠压恢复阈值、开通电压、关断电压、短路保护阈值、次边电压测量、NTC检测等。例如：在上述新建IGBT驱动器型号中，设定其测试项目包含上述所有共13项测试项目，并对每一个测试项目进行独立设定，设定合格品判定条件，生成相应的参数配置文件。

在步骤S16中，由于每一种IGBT驱动器型号的测试项不尽相同，需加载所选测试型号相对应的配置文件。

在步骤S17中，对于同一测试型号的不同产品，为了节省时间，提高测试效率，需要对测试型号进行锁定。锁定状态可使下一个产品跳过检测测试型号的步骤即步骤S12、S13、S14、S15、S16、S17。解锁测试型号，可对测试型号进行检测判断。

在步骤S18中，每一个IGBT驱动器均有唯一的序列号。测试系统对选定的测试项进行自动测试，测试完成，测试机生成表格文件记录测试数据，生成文本文件将测试结果上传至网络服务器，以便于数据分析以及产品状态跟踪。

在步骤S19中，实例生成的测试结果对应13个测试项，只有13个测试项全部合格，才能判定此次IGBT测试驱动器为合格品，进入步骤S20分类到良品类；若其中至少有一个测试项不合格且此IGBT驱动器此前未进行过测试，则进入步骤S21进行判定，判定此IGBT驱动器为复测品，需进入步骤S18重新进行检测；若驱动器多次存在不合格情况，则判定此IGBT驱动器为不合格品，进入步骤S22分类到故障类。

为了适应测试机独立测试13个测试项，实现测试机的通用性，系统主电路配置了上述的10个独立模块：输出电源模块、FPGA控制模块、PWM输出模块、故障使能模块、故障检测模块、驱动次边电压检测模块、次边短路保护阈值检测模块、同步检测模块、死区检测模块、门极电压检测模块。由于不同的驱动器型号的测试电压等级不同，为了实现电压检测的高精度，上述模块中涉及的电压检测均采用如图12所示的高精度检测电路。13个测试项的相关配置，由上位机通过通讯总线传递给FPGA控制模块。

进行静态功耗测量时，根据配置文件设定，FPGA控制模块控制输出电源模块输出15V供电电压，并对输出电源模块传回的电压电流信号进行转换和读取。

进行开通/关断延时测量时，根据配置文件设定，FPGA控制模块生成测试用PWM信号、故障使能信号及通道选择信号，分别给定至PWM输出模块和故障使能模块屏蔽故障，同时，通过同步检测模块检测PWM信号与门级驱动信号的差值得出开通/关断延时时间。

进行开通/关断同步时间测量时，根据配置文件设定，FPGA控制模块生成测试用PWM信号、故障使能信号及通道选择信号，分别给定至PWM输出模块和故障使能模块屏蔽故障，同时，通过同步检测模块检测并联门级驱动信号的差值得出开通/关断同步时间。

进行短路保护时间测量时，根据配置文件设定，FPGA控制模块生成测试用PWM信号、故障使能信号及通道选择信号，分别给定至PWM输出模块和故障使能模块触发故障，同时，通过同步检测模块检测门极开通时刻至关断时刻的时间差即为短路保护时间。

进行故障锁定时间测量时，根据配置文件设定，FPGA控制模块生成测试用PWM信号、故障使能信号及通道选择信号，分别给定至PWM输出模块和故障使能模块触发故障，同时，通过故障检测模块检测驱动器故障信号下降沿时刻至上升沿时刻的时间差即为故障锁定时间。

进行死区时间测量时，根据配置文件设定，FPGA控制模块生成测试用PWM信号、故障使能信号及通道选择信号，分别给定至PWM输出模块和故障使能模块屏蔽故障，同时，通过死区检测模块检测驱动器死区时间。

进行欠压保护阈值测量时，根据配置文件设定，FPGA控制模块生成可调电压信号、电源通道选择信号及故障使能信号，分别给定至输出电源模块、故障使能模块，同时通过故障检测模块检测驱动器故障信号，当驱动器故障信号触发时，测量输出电源模块的输出值即为欠压保护阈值。

进行欠压恢复阈值测量时，根据配置文件设定，FPGA控制模块生成可调电压信号、电源通道选择信号及故障使能信号，分别给定至输出电源模块、故障使能模块，同时，检测驱动器故障信号，当驱动器故障信号消失时，测量可调电压的输出值即为欠压恢复阈值。

进行开通电压测量时，根据配置文件设定，FPGA控制模块生成测试用PWM信号、故障使能信号及通道选择信号，分别给定至PWM输出模块和故障使能模块屏蔽故障，同时，通过门级电压检测模块检测门级电压信号得出相应IGBT开通电压。

进行关断电压测量时，根据配置文件设定，FPGA控制模块生成测试用PWM信号、故障使能信号及通道选择信号，分别给定至PWM输出模块和故障使能模块屏蔽故障，同时，通过门级电压检测模块检测门级电压信号得出相应IGBT关断电压。

进行短路保护阈值测量时，根据配置文件设定，FPGA控制模块生成测试用PWM信号、故障使能信号及通道选择信号，分别给定至PWM输出模块和故障使能模块触发故障，同时，通过次边短路保护阈值检测模块得到短路保护阈值。

进行驱动次边电压测量时，根据配置文件设定，FPGA控制模块生成测试用PWM信号、故障使能信号及通道选择信号，分别给定至PWM输出模块和故障使能模块触发故障，同时，通过驱动次边电压检测模块得到驱动次边电压。

进行NTC检测时，根据配置文件设定，FPGA控制模块生成测试用故障使能信号及通道选择信号，分别给定至故障使能模块，同时检测驱动故障信号。若在使能故障的情况下，检测到驱动故障，且在屏蔽故障的情况下未检测到驱动故障则认为NTC功能正常，反之则认为NTC功能故障。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种IGBT驱动器测试系统，其特征在于，包括：上位机、FPGA控制模块、输入信号模块以及输出信号模块，所述FPGA控制模块分别与所述上位机、输入信号模块以及输出信号模块相连，所述上位机通过总线与FPGA控制模块相连；所述输入信号模块包括：驱动次边电压检测模块、次边短路保护阈值检测模块、故障检测模块、同步检测模块、死区检测模块和门级电压检测模块；所述输出信号模块包括：PWM输出模块、故障使能模块、输出电源模块。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述输出电源模块包括：电源、DC-DC电源转换模块、可调电压模块、多选一通道选择芯片、输出电压电流检测单元；所述电源与并联的DC-DC电源转换模块和可调电压模块连接，所述电源给DC-DC电源转换模块和可调电压模块供电，经过多选一通道选择芯片给出系统控制所需要的电源电压；所述多选一通道选择芯片的选择信号由所述FPGA控制模块给出。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述PWM输出模块包括电平转换单元、多选一通道选择芯片，所述FPGA控制模块、电平转换单元、多选一通道选择芯片依次连接；所述多选一通道选择芯片的选择信号由所述FPGA控制模块给出。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述故障使能模块包括电平转换单元、多选一通道选择芯片、输出光耦；所述FPGA控制模块、电平转换单元、多选一通道选择芯片、输出光耦依次相连；所述多选一通道选择芯片的选择信号由所述FPGA控制模块给出。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述故障检测模块包括故障信号输入端口，所述故障信号输入端口与所述FPGA控制模块连接。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述驱动次边电压检测模块包括输入光耦和电压检测单元，所述输入光耦、电压检测单元、FPGA控制模块依次相连，驱动次边电压信号经过输入光耦隔离，FPGA控制模块通过电压检测单元输入电压信号。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述次边短路保护阈值检测模块包括输入光耦、多选一通道选择芯片、电压检测单元；所述输入光耦、多选一通道选择芯片、电压检测单元、FPGA控制模块依次连接；所述多选一通道选择芯片的选择信号由所述FPGA控制模块给出。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述同步检测模块包括输入光耦、多选一通道选择芯片；所述输入光耦、多选一通道选择芯片、FPGA控制模块依次连接，所述多选一通道选择芯片的选择信号由所述FPGA控制模块给出。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述死区检测模块包括输入光耦、多选一通道选择芯片；所述输入光耦、多选一通道选择芯片、FPGA控制模块依次连接，所述多选一通道选择芯片的选择信号由所述FPGA控制模块给出。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述门级电压检测模块包括输入光耦、多选一通道选择芯片、电压检测单元；所述输入光耦、多选一通道选择芯片、电压检测单元、FPGA控制模块依次连接，所述多选一通道选择芯片的选择信号由所述FPGA控制模块给出。