CN208125878U

CN208125878U - 一种双脉冲测试平台

Info

Publication number: CN208125878U
Application number: CN201820473176.2U
Authority: CN
Inventors: 曾祥幼; 张�杰; 胡舜涛
Original assignee: Shanghai Lu Core Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Lu Core Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2018-11-20
Anticipated expiration: 2028-03-30

Abstract

本实用新型公开了一种双脉冲测试平台。本实用新型的双脉冲测试平台，包括：检测模块，检测模块包括元件测试电路和脉冲测试电路，元件测试电路和脉冲测试电路分别与待测试元件连接，元件测试电路用于对待测试元件进行失效测试，脉冲测试电路用于对待测试元件进行双脉冲测试；驱动模块，驱动模块与待测试元件连接，为待测试元件提供双脉冲测试信号；和控制模块，控制模块的信号输出端分别与元件测试电路、脉冲测试电路和驱动模块通信连接；控制模块的信号输入端与待测试元件连接，以获取待测试元件的测试结果。本实用新型的双脉冲测试平台，能够解决现有技术中由于待测试元件失效，导致双脉冲测试平台损坏的问题。

Description

一种双脉冲测试平台

技术领域

本实用新型涉及双脉冲试验技术领域，尤其涉及一种双脉冲测试平台。

背景技术

随着我国新能源技术的飞速发展，交直流能量转换成为了光伏和新能源车的最关键的技术环节，并受到了新能源行业、国家的高度重视。

IGBT功率器件是交直流能量转换的核心器件，其使用参数直接决定了能量转换的稳定性和效率。在交直流能量转换中会用到多种型号的IGBT功率器件，由于很多型号的IGBT功率器件未量产，因此，在应用不同型号的IGBT功率器件进行设计和使用之前，一般需要先对于不同型号的IGBT功率器件进行测试，以获得IGBT功率器件的参数。

但是，传统的双脉冲试验设备测试未量产的IGBT功率器件时，由于未量产的IGBT功率器件的可靠性稍差、以及双脉冲试验设备不具有保护失效的未量产的IGBT功率器件的装置，因此，容易在测试过程中出现失效短路、动态闩锁等问题，从而导致双脉冲试验设备局部损坏，增加了双脉冲试验设备使用时的安全隐患。尤其是在高压大电流的条件下进行测试时，传统的双脉冲试验设备对IGBT功率器件的保护劣势更加明显。

因此，针对现有的双脉冲试验设备不具备对未量产的IGBT功率器件的测试和保护能力的问题，需要提供一种能够在高压大电流的条件下对未量产的IGBT功率器件进行可靠测试的双脉冲测试平台。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种双脉冲测试平台，由于具有元件测试电路，因此，能够在进行双脉冲测试前先确定待测试元件是否有效，解决现有技术中由于待测试元件失效，导致双脉冲测试平台损坏的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种双脉冲测试平台，包括：

检测模块，检测模块包括元件测试电路和脉冲测试电路，元件测试电路和脉冲测试电路分别与待测试元件连接，元件测试电路用于对待测试元件进行失效测试，脉冲测试电路用于对待测试元件进行双脉冲测试；

驱动模块，驱动模块与待测试元件连接，为待测试元件提供脉冲测试信号；和

控制模块，控制模块的信号输出端分别与元件测试电路、脉冲测试电路和驱动模块通信连接；控制模块的信号输入端与待测试元件连接，以获取待测试元件的测试结果。

进一步地，还包括电源模块，电源模块包括：

高压电源，高压电源为脉冲测试电路供电；

低压电源，低压电源分别为元件测试电路、驱动模块和控制模块供电。

进一步地，还包括稳压电路，稳压电路与高压电源并联连接。

进一步地，稳压电路包括蓄能支路和释能支路，蓄能支路和释能支路并联连接。

进一步地，控制模块还与高压电源连接，以调整高压电源的输出电压。

进一步地，脉冲测试电路包括缓流电路，脉冲测试电路与待测试元件构成回路时，缓流电路与待测试元件串联连接。

进一步地，缓流电路包括缓流二极管和电抗器，缓流二极管和电抗器并联连接。

进一步地，控制模块包括上位机、控制器和采样电路；控制器与上位机通信连接；控制器的信号输出端分别与元件测试电路、脉冲测试电路和驱动模块通信连接；控制器的信号输入端通过采样电路与待测试元件连接。

进一步地，采样电路为电压采用电路，控制器通过电压采样电路采集待测试元件两端的电压信号。

进一步地，还包括保护模块，保护模块包括：

第一保护电路，第一保护电路与脉冲测试电路并联连接；

第二保护电路，第二保护电路连接于驱动模块和待测试元件之间。

本实用新型的双脉冲测试平台，具有用于检测待测试元件是否失效的元件测试电路，在进行双脉冲测试之前，能够首先将脉冲测试电路与待测试元件隔离，并检测待测试元件是否为有效元件，当确定了待测试元件是有效元件后，再将待测试元件接入脉冲测试电路，能够解决现有技术中由于待测试元件失效，导致双脉冲测试平台损坏的问题。因此，本实用新型的双脉冲测试平台的测试可靠性较高、损坏风险较小，能够应用于对未量产的IGBT功率器件的测试。

附图说明

图1为本实用新型的双脉冲测试平台的结构示意图；

图2为本实用新型一个实施例的双脉冲测试平台的电路图；

图3-6为采用图2所示实施例的双脉冲测试平台对功率器件测试后得到的采集波形示意图。

具体实施方式

下面，结合附图，对本实用新型的结构以及工作原理等作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型实施例的一种双脉冲测试平台，包括检测模块10、驱动模块20和控制模块30。检测模块10包括元件测试电路11和脉冲测试电路12。

其中，元件测试电路11和脉冲测试电路12分别与待测试元件连接，元件测试电路11用于对待测试元件进行失效测试，脉冲测试电路12用于对待测试元件进行双脉冲测试。驱动模块20与待测试元件连接，为待测试元件提供脉冲测试信号。控制模块30的信号输出端分别与元件测试电路11、脉冲测试电路12和驱动模块20通信连接，以控制元件测试电路11、脉冲测试电路12和驱动模块20的是否工作。控制模块30的信号输入端与待测试元件连接，以获取待测试元件的测试结果。

在本实用新型实施例中，待测试元件可以为不同型号的IGBT功率器件，此时，双脉冲测试平台的工作原理为：

在进行双脉冲测试前，控制模块30控制元件测试电路11工作，同时控制脉冲测试电路12不工作，即使元件测试电路11与待测试元件连通并构成回路，使脉冲测试电路12与待测试元件不连通。控制模块30控制驱动模块20向待测试元件发出脉冲信号，并采集待测试元件的第一测试结果，通过与预设信息比较，判断待测试元件是否为有效元件。若待测试元件是有效元件，则对待测试元件进行双脉冲测试；若待测试元件不是有效元件，则不对待测试元件进行双脉冲测试，并向测试人员发出警报提示。

在进行双脉冲测试时，控制模块30控制脉冲测试电路12工作，同时控制元件测试电路11不工作，即使脉冲测试电路12与待测试元件连通并构成回路，使元件测试电路11与待测试元件不连通。控制模块30控制驱动模块20向待测试元件发出脉冲信号，并采集测试元件的第二测试结果，根据对该第二测试结果的分析，确定待测试元件的参数。

由于本发明实施例的双脉冲测试平台，在进行双脉冲测试之前，能够首先将脉冲测试电路12与待测试元件隔离，并检测待测试元件是否为有效元件，当确定了待测试元件是有效元件后，再将待测试元件接入脉冲测试电路12，能够解决现有技术中由于待测试元件失效，导致双脉冲测试平台损坏的问题。

本发明实施例的双脉冲测试平台还包括电源模块40，电源模块40包括高压电源和低压电源。其中，在进双脉冲测试时，高压电源为脉冲测试电路12供电。低压电源分别为元件测试电路11、驱动模块20和控制模块30供电。具体地，在进行元件失效测试时，低压电源为元件测试电路11供电；在整个测试过程中，低压电源始终为驱动模块20和控制模块30供电。

在本发明实施例中，控制模块30还可以与高压电源通信连接，通过控制模块30对高压电源的参数进行设置，以调整高压电源的输出电压，从而改变待测试元件的检测环境。

如图2所示，在本发明一个实施例中，双脉冲测试平台用于检测待测试元件QD1的参数，包括检测模块10、驱动模块20、控制模块30和电源模块40。

在本发明实施例中，电源模块40包括高压电源模块40DC1和低压电源模块40DC2。

其中，低压电源模块40DC2内部为整流桥和单端反激降压式变换电路的拓扑结构，其原理是先通过整流桥将市电AC1提供的230V交流电整流为310V直流电，再通过单端反激降压式变换电路将310V直流电降分别降压成元件测试电路11、驱动模块20和控制模块30供电需要的+15V、+5V和+3.3V直流电，给双脉冲测试平台提供弱电电源。

高压电源模块40DC1内部为二极管不控整流桥加上Buck-Boost的二级电路拓扑结构，其原理是先通过整流桥将市电AC1提供的230V交流电整流为310V直流电，再通过Buck-Boost的二级电路将310V直流电升压成脉冲测试电路12需要的高压电压。具体地，可以根据不同电压等级的待检测器件的标准测试电压条件，调节高压电源对应的输出电压值。例如，对于600V电压等级的待检测器件，可以设置高压电源的输出电压值为400V；对于1200V电压等级的待检测器件，可以设置高压电源的输出电压值为600V。

在本发明实施例中，检测模块10包括元件测试电路11和脉冲测试电路12。

其中，元件测试电路11包括继电器K4、电阻R2和低压电源DC2，继电器K4、电阻R2和低压电源DC2依次串联后，连接于待测试元件QD1的C1端和E1端，使继电器K4、电阻R2、低压电源DC2和待测试元件QD1构成回路。

此时，控制模块30能够通过控制继电器K4的通断，控制元件测试电路11与待测试元件QD1是否连通。当控制模块30控制继电器K4闭合后，控制模块30控制驱动模块20发送脉冲信号，并且检测待测试元件QD1在导通和不导通两种情况下的第一测试结果，根据第一测试结果确定待测试元件QD1是否为有效元件。

脉冲测试电路12包括继电器K3和高压电源DC1，继电器K3和高压电源DC1串联后，连接于待测试元件QD1的C1端和E1端，使继电器K3、高压电源DC1和待测试元件QD1构成回路。

此时，控制模块30能够通过控制继电器K3的通断，控制脉冲测试电路12与待测试元件QD1是否连通。当控制模块30控制继电器K3闭合后，控制模块30控制驱动模块20发送脉冲信号，并且检测待测试元件QD1的第二测试结果，根据第二测试结果确定待测试元件QD1的参数。

因此，本发明实施例能够通过检测模块10实现对待测试元件QD1进行双脉冲测试的功能，并同时实现对待测试元件QD1的电压保护和失效判断保护。

在本发明实施例中，驱动模块20包括驱动控制器和变压器，驱动控制器通过变压器与控制模块30连接。驱动控制器的Vcc引脚与待测试元件QD1的C1端连接，驱动控制器的GL引脚和GH引脚分别与待测试元件QD1的G1端连接，驱动控制器的Vc引脚与待测试元件QD1的E1端连接，用以为待测试元件QD1提供脉冲信号。

当控制模块30向驱动控制器发出双脉冲信号时，该信号经过变压器将电压升压到待测试元件QD1所需驱动的电压范围(0～15V)，以对待测试元件QD1进行开关控制，使控制模块30根据开关控制结果获得第二测试结果。具体地，当脉冲信号为高电平时，待测试元件QD1导通，当脉冲信号为低电平时，待测试元件QD1截止。

本发明实施例的双脉冲测试平台还包括稳压电路，稳压电路与高压电源并联连接。具体地，稳压电路包括蓄能支路和释能支路，蓄能支路和释能支路并联连接。

如图2所示，蓄能支路包括电容C1，释能支路包括电阻R1和与待测试元件QD1相同的功率器件QD3。电容C1并联于高压电源DC1两端。电阻R1的一端与电容C1的一端连接，电阻R1的另一端与功率器件QD3的C3端连接，功率器件QD3的E3端与电容C1的另一端连接。其中，设置电阻R1是为了在电容C1放电时，使其放电电流值根据欧姆定律而被限流。需要说明的是，功率器件QD3还可以被替换为二极管的负极与电阻R1连接，二极管的正极与电容C1连接。二极管的型号可以与待测试元件QD1内的二极管型号不同或相同。

为了保证双脉冲测试平台的安全性，在进行双脉冲测试之前，无需对电容C1进行充电，在本发明实施例中，电容C1的两端与高压电源DC1的两端之间还分别设有继电器K1和继电器K2，继电器K3串联于高压电源DC1与继电器K3之间，继电器K2串联于高压电源DC1与待测试元件QD1之间。控制模块30能够控制继电器K1和继电器K2的通断，具体地，当进行过失效检测后，准备对待测试元件QD1进行双脉冲测试时，控制模块30控制继电器K1和继电器K2闭合，使高压电源DC1对电容C1进行充电，当控制模块30检测到电容C1的电压Ubus已经与高压电源DC1的输出电压相同时，控制模块30控制继电器K3闭合，并对待测试元件QD1进行双脉冲测试。当双脉冲测试结束时，为了保证双脉冲测试平台的安全性，通过释能支路对电容C1放电。

在本发明实施例中，脉冲测试电路12可以包括缓流电路，使脉冲测试电路12导通并且与待测试元件构成回路时，缓流电路与待测试元件串联连接。具体地，缓流电路包括缓流二极管和电抗器，缓流二极管和电抗器并联连接。其中，缓流二极管可以为与待测试元件QD1相同的功率器件QD2内的二极管，还可以仅为与待测试元件QD1内的二极管型号不同或相同的二极管。功率器件QD2可以与驱动模块20连接，当驱动模块20向功率器件QD2发送脉冲信号时，可以使功率器件QD2导通，实现对电容C1的电量的释放。

如图2所示，在本发明实施例中，缓流电路包括电抗器L1和功率器件QD2。功率器件QD2的C2端、E2端分别与电抗器L1的两端连接，并且，功率器件QD2的E2端还与待测试元件QD1的C1端连接，功率器件QD2的C2端还与继电器K3连接，使功率器件QD2串联于继电器K3与待测试元件QD1之间。由于脉冲测试电路12中串联有功率器件QD2，能够在电路中起到缓流作用，以提高对待测试元件QD1的测试精度。

在本发明实施例中，控制模块30包括上位机、控制器和采样电路。其中，控制器与上位机通信连接，控制器的信号输出端分别与元件测试电路11、脉冲测试电路12和驱动模块20通信连接，控制器的信号输入端通过采样电路与待测试元件连接。

如图2所示，控制器可以为DSP控制板，DSP控制板的GPIO引脚用于对各继电器发出控制其通断的信号，DSP控制板的ADC引脚与采样电路的电路输出端连接，DSP控制板的RS485引脚用于与上位机通信连接，DSP控制板的GPIO10引脚用于与驱动控制器通信连接。其中，DSP控制板接收到上位机的开始测试指令后，能够从GPIO10引脚像驱动控制器发出双脉冲信号，通过驱动控制器对待测试元件QD1进行开关控制。

除此之外，DSP控制板还能用高压电源DC1通信连接，测试人员能够通过上位机内置的软件，设置高压电源DC1的输出电压的大小以及双脉冲测试信号的脉冲宽度，从而对高压电源DC1进行手动调节。

在本发明实施例中，采样电路可以为电压采用电路，控制器通过电压采样电路采集待测试元件两端的电压信号。具体地，电压采样电路包括电阻RD1、RD2、RD3、RD4、RD5、RD6、RD7和差分运算放大器UC1。其中，电阻RD1、RD2为贴片电阻，分别并联于待测试元件QD1的C1端、E1端。电压采用电路能够将采集的高电压经过差分运算放大器UC1缩小成0～3V的电压信号后，传送给DSP控制板的ADC引脚，以使待测试元件QD1的C1端、E1端的电压值Uce1作为测试结果。

当待测试元件QD1的C1端、E1端的电压值Uce1作为测试结果时，在进行失效测试时，DSP控制板控制继电器K4导通后，控制模块30控制驱动模块20发送脉冲信号，使待测试元件QD1导通，然后，分别检测待测试元件QD1导通和不导通时其两端的电压Uce1。若当待测试元件QD1导通时，电压Uce1≈0V，当待测试元件QD1不导通时，电压Uce1≈Udc2，则待测试元件QD1为有效元件，否则待测试元件QD1为不是有效元件。

本发明实施例的双脉冲测试平台还包括保护模块，保护模块包括第一保护电路和第二保护电路。其中，第一保护电路与脉冲测试电路12并联连接，第二保护电路连接于驱动模块20和待测试元件之间。

如图2所示，本发明实施例中，第一保护电路可以为二极管D1，二极管D1并联于脉冲测试电路12的两端。第二保护电路包括稳压二极管D51、D31、D21、驱动电阻Rgon、Rgoff和电容Ca1。具体地，驱动控制器的GL引脚和GH引脚分别连接驱动电阻Rgon和驱动电阻Rgoff后，并联于待测试元件QD1的G1端。稳压二极管D31、D21串联后，连接于待测试元件QD1的G1端和C1端之间。稳压二极管D51连接于待测试元件QD1的G1端和E1端之间。如果测试过程中，被待测试元件QD1电压达到1200V，那么稳压二极管D31、D21导通工作，并将该尖峰电压导通接到GND上，从而保护待测试元件QD1。

在本发明实施例中，双脉冲测试平台目的是测试出不同待测试元件的动态参数(Eon、Eoff值等)，以便客户在使用时，做损耗计算参考。采用如图2所示实施例的双脉冲测试平台对待测试元件(本示例中采用IKW40N120H3器件作为待测试元件)进行双脉冲测试的具体操作方法为：

1.将待测试元件QD1放入试验区(即连接入负载电路内)。

2.启动高压电源DC1，设置测试电压Udc1＝600V，Udc2＝30V。

3.控制继电器K1、K2闭合，使高压电源DC1给电容C1充电，当电容C1电压达到600V时，准备进行测试。

4.控制继电器K4闭合，然后控制驱动模块向待测试元件QD1发送驱动脉冲，采集导通时的待测试元件QD1的电压Vce1；停止向待测试元件QD1发送驱动脉冲，采集关断时的待测试元件QD1的电压Vce1，采集结束后控制继电器K4断开。

5.判断是否Vce1≈0V、Vce2≈30V，如果是，则待测试元件QD1为有效元件，继续进行双脉冲测试；如果不是，则待测试元件QD1是失效元件，结束测试。

6.控制继电器K3闭合，然后控制驱动模块向待测试元件QD1发送设定的双脉冲驱动信号。

7.采集待测试元件QD1的双脉冲驱动波形、电压Vce1波形和电流Ic波形。

8.采集结束后控制继电器K1、K2、K3断开，向功率器件QD3发送驱动脉冲，使电容C1内的电量迅速释放掉，以降低高压电源DC1对电容C1、电容C1对待测试元件QD1、直流电源DC2对待测试元件QD1的电压冲击，使系统可靠运行。

在本发明实施例中，可以通过示波器得到待测试元件QD1的双脉冲驱动波形、电压Vce1波形和电流Ic波形。具体地，示波器通过夹在待测试元件QD1的三个引脚的探头，抓取到待测试元件QD1的双脉冲驱动波形、电压Vce1波形和电流Ic波形。通过示波器上的三个通道的波形，可以得到此次测试的结果，即待测试元件QD1在标准条件下的动态参数Eon、Eoff。

具体地，示波器采集到的双脉冲驱动波形、电压Vce1波形和Ic电流波形可以如图3-6所示。其中，图3为待测试元件QD1的电流波形图，其横坐标代表时间T₁(us)，纵坐标代表电流I₁(A)，电流I₁的范围为0～100A。图4为待测试元件QD1的电压波形图，横坐标代表时间T₂(us)，纵坐标代表电压U₂(V)，电压U₂的范围为0～600V。图5为双脉冲信号波形图，横坐标代表时间T₃(us)，纵坐标代表电压U₃(V)，电压U₃的范围为0～50V。图6为电流波形图和电压波形图的乘积，横坐标代表时间T₄(us)，纵坐标代表能量E₄(mJ)，能量E₄的范围为0～10mJ。此时，可以读取图5图中双脉冲信号波形的第一个下降沿对应的时刻，并在图6中读取该时刻对应的点的能量值作为Eoff。并且，还可以读取图5图中双脉冲信号波形的第二个上升沿对应的时刻，并在图6中读取该时刻对应的点的能量值作为Eon。即可以分析得到该IKW40N120H3器件的动态参数Eon＝3.2mJ，Eoff＝1.2mJ。

综上所述，本发明实施例的双脉冲测试平台能够满足最大2000V母线电压的测试，相比已有的常规1200V功率器件，更能满足中高电压功率器件的需求。同时，测量数据本发明实施例的双脉冲测试平台的准确性较高、操作便捷，能够大大提高测试效率，并且增加多重失效保护、过压保护和驱动保护，使双脉冲测试平台更安全可靠。

以上，仅为本实用新型的示意性描述，本领域技术人员应该知道，在不偏离本实用新型的工作原理的基础上，可以对本实用新型作出多种改进，这均属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种双脉冲测试平台，其特征在于，包括：

检测模块，所述检测模块包括元件测试电路和脉冲测试电路，所述元件测试电路和所述脉冲测试电路分别与待测试元件连接，所述元件测试电路用于对所述待测试元件进行失效测试，所述脉冲测试电路用于对所述待测试元件进行双脉冲测试；

驱动模块，所述驱动模块与所述待测试元件连接，为所述待测试元件提供脉冲测试信号；和

控制模块，所述控制模块的信号输出端分别与所述元件测试电路、所述脉冲测试电路和所述驱动模块通信连接；所述控制模块的信号输入端与所述待测试元件连接，以获取所述待测试元件的测试结果。

2.如权利要求1所述的双脉冲测试平台，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块包括：

高压电源，所述高压电源为所述脉冲测试电路供电；

低压电源，所述低压电源分别为所述元件测试电路、所述驱动模块和所述控制模块供电。

3.如权利要求2所述的双脉冲测试平台，其特征在于，还包括稳压电路，所述稳压电路与所述高压电源并联连接。

4.如权利要求3所述的双脉冲测试平台，其特征在于，所述稳压电路包括蓄能支路和释能支路，所述蓄能支路和所述释能支路并联连接。

5.如权利要求2所述的双脉冲测试平台，其特征在于，所述控制模块还与所述高压电源连接，以调整所述高压电源的输出电压。

6.如权利要求1所述的双脉冲测试平台，其特征在于，所述脉冲测试电路包括缓流电路，所述脉冲测试电路与所述待测试元件构成回路时，所述缓流电路与所述待测试元件串联连接。

7.如权利要求6所述的双脉冲测试平台，其特征在于，所述缓流电路包括缓流二极管和电抗器，所述缓流二极管和所述电抗器并联连接。

8.如权利要求1所述的双脉冲测试平台，其特征在于，所述控制模块包括上位机、控制器和采样电路；所述控制器与所述上位机通信连接；所述控制器的信号输出端分别与所述元件测试电路、所述脉冲测试电路和所述驱动模块通信连接；所述控制器的信号输入端通过所述采样电路与所述待测试元件连接。

9.如权利要求8所述的双脉冲测试平台，其特征在于，所述采样电路为电压采用电路，所述控制器通过所述电压采样电路采集所述待测试元件两端的电压信号。

10.如权利要求9所述的双脉冲测试平台，其特征在于，还包括保护模块，所述保护模块包括：

第一保护电路，所述第一保护电路与所述脉冲测试电路并联连接；

第二保护电路，所述第二保护电路连接于所述驱动模块和所述待测试元件之间。