CN210051832U - 一种磁浮列车悬浮斩波器功率器件的双脉冲测试装置 - Google Patents
一种磁浮列车悬浮斩波器功率器件的双脉冲测试装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种磁浮列车悬浮斩波器功率器件的双脉冲测试装置，包括双脉冲测试板、斩波器模块、总线驱动模块和光耦隔离模块，双脉冲测试板上设有电源模块、FPGA控制器和信号控制模块，信号控制模块包括信号参数设置模块和信号触发器，信号参数设置模块和信号触发器均与FPGA控制器连接，FPGA控制器与斩波器模块之间设有依次连接的总线驱动模块和光耦隔离模块，电源模块分别与FPGA控制器、总线驱动模块、信号控制模块以及光耦隔离模块连接。本实用新型中所述双脉冲测试装置通过信号参数设置模块和信号触发器使之产生脉宽可调的双脉冲信号，实现对斩波器模块中的悬浮斩波器功率器件的开关控制，为研究悬浮功率斩波器的开通和关断瞬态信息提供了依据。
Description
技术领域
本实用新型涉及到磁浮列车控制技术领域，尤其涉及一种磁浮列车悬浮斩波器功率器件的双脉冲测试装置。
背景技术
电磁悬浮型(Electro-Magnetic Suspension，EMS型)磁浮列车利用电磁吸力使列车以给定高度悬浮于轨道上，而其行进方向采用直线电机进行牵引。因此，磁浮列车具有噪音低、振动小、转弯半径小以及爬坡能力强等优点。有极大的发展应用前景，长沙磁浮快线(简称长沙线，2016年5月6日试运营)和北京中低速磁浮运营线(简称北京线，2017年12月30日运营)均采用EMS型悬浮方案。
EMS型悬浮方案的核心技术是悬浮控制，悬浮斩波器用来驱动电磁铁线圈产生悬浮力的，悬浮斩波器对悬浮的稳定性和安全性很大，悬浮斩波器主电路的核心是功率器件，悬浮斩波器功率器件在功率变换中会产生功耗，相比与断态损耗，开关损耗要大几个数量级。为了计算功率管损耗提供基础，同时也为功率管驱动电路和吸收回路电路的设计提供参考，因此需要研究悬浮功率斩波器的开通和关断瞬态信息，但是对悬浮斩波器的功率器件进行开关状态测试需要特殊的测试装置和测试方法，而且在运行的磁浮列车上由于工况复杂，也难以进行实验测试。
因此，研究一种对磁浮列车悬浮斩波器功率器件进行模拟测试的装置是本技术领域人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种磁浮列车悬浮斩波器功率器件的双脉冲测试装置，所述双脉冲测试装置能产生可靠的双脉冲信号来实现对悬浮斩波器功率器件的开关控制。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种磁浮列车悬浮斩波器功率器件的双脉冲测试装置，包括双脉冲测试板、斩波器模块、总线驱动模块和光耦隔离模块，所述双脉冲测试板上设有电源模块、FPGA控制器和信号控制模块，所述信号控制模块包括信号参数设置模块和信号触发器，所述信号参数设置模块和信号触发器均与FPGA控制器连接，所述FPGA控制器与斩波器模块之间设有依次连接的总线驱动模块和光耦隔离模块，所述电源模块分别与FPGA控制器、总线驱动模块、信号控制模块以及光耦隔离模块连接。
优选地，所述斩波器模块包括充电电源、充电电阻、充电开关、电容、电感和功率模块，所述功率模块与电容并联设于所述充电电源的两端，所述充电电阻与充电开关串联位于充电电源和电容之间，所述功率模块包括串联连接的待测功率器件和续流二极管，所述续流二极管上并联设有电感，所述待测功率器件两端与所述光耦隔离模块连接。
优选地，所述斩波器模块还包括与所述电容并联连接的放电模块，所述放电模块包括串联连接的放电电阻和放电开关。
优选地，所述电源模块包括第一输出电源、第二输出电源和第三输出电源，所述第一输出电源与所述总线驱动模块连接，所述第二输出电源分别与所述信号控制模块和所述FPGA控制器连接，所述第三输出电源与所述光耦隔离模块连接。
优选地，所述信号触发器为按键。
优选地，所述信号参数设置模块为拨码开关。
优选地，所述光耦隔离模块型号为6N137。
优选地，所述总线驱动模块的芯片型号为SN74HC244DWR。
优选地，所述FPGA控制器型号为EP4CE6。
本实用新型中所述双脉冲测试装置通过所述信号参数设置模块和所述信号触发器产生脉宽可控的双脉冲信号，实现了对所述斩波器模块中的悬浮斩波器功率器件的开关控制，为研究悬浮功率斩波器的开通和关断瞬态信息提供了依据。
附图说明
图1是本实用新型结构框图，
图2是本实用新型中斩波器模块结构示意图，
图3是本实用新型中电源模块结构框图，
图4是本实用新型中双脉冲信号示意图。
图中：1.电源模块，11.第一输出电源，12.第二输出电源，13.第三输出电源，2.FPGA 控制器，3.信号控制模块，31.信号参数设置模块，32.信号触发器，4.总线驱动模块，5. 光耦隔离模块，6.斩波器模块，61.充电电源，62.充电电阻，63.充电开关，64.电容，65. 待测功率器件，66.续流二极管，67.电感，68.放电电阻，69.放电开关。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
如图1、图2、图3、图4所示，一种磁浮列车悬浮斩波器功率器件的双脉冲测试装置，包括双脉冲测试板、斩波器模块6、总线驱动模块4和光耦隔离模块5，所述双脉冲测试板上设有电源模块1、FPGA控制器2和信号控制模块3，所述信号控制模块3包括信号参数设置模块31和信号触发器32，所述信号参数设置模块31和信号触发器32 均与FPGA控制器2连接，所述FPGA控制器2与斩波器模块6之间设有依次连接的总线驱动模块4和光耦隔离模块5，所述电源模块1分别与FPGA控制器2、总线驱动模块4、信号参数设置模块3以及光耦隔离模块5连接。
本实施例中，通过所述信号参数设置模块31根据不同负载条件对双脉冲信号的宽度进行控制，当监测到所述信号触发器32触发的双脉冲信号之后，所产生的相应双脉冲信号将作用在所述斩波器模块6上，从而得到悬浮斩波器功率器件的完整的开通和关断波形。本实施例中，通过所述光耦隔离模块5对输入和输出的电气进行隔离，保证所述FPGA控制器2等弱电系统不被高压击穿，同时通过所述总线驱动模块4为所述光耦隔离模块5提供足够的输出电路，保证所述光耦隔离模块5的正常运行。
如图2所示，所述斩波器模块6包括充电电源61、充电电阻62、充电开关63、电容64、电感67和功率模块，所述功率模块与电容64并联设于所述充电电源61的两端，所述充电电阻62与充电开关63串联位于充电电源61和电容64之间，所述功率模块包括串联连接的待测功率器件65和续流二极管66，所述续流二极管66上并联设有电感 67，所述待测功率器件65两端与所述光耦隔离模块5连接。
本实施例中，所述斩波器模块6采用了改进型的Buck电路，在所述悬浮斩波器功率器件进行双脉冲测试之前，通过所述充电电阻62的限流对所述电容64进行充电，直至达到充电电源61的电压，即可断开所述充电开关63；通过所述电感67限制待测功率器件65的电流变化速度，同时控制所述待测功率器件65的导通时间进而控制其电流大小，从而实现了不同负载条件下被测功率器件65的测试。
如图2所示，所述斩波器模块6还包括与所述电容64并联连接的放电模块，所述放电模块包括串联连接的放电电阻68和放电开关69。本实施例中，当闭合所述放电开关69时，能够通过所述放电电阻68快速将所述电容64中的残余电荷进行释放，保证了操作过程中的安全性能。
如图3所示，所述电源模块1包括第一输出电源11、第二输出电源12和第三输出电源13，所述第一输出电源11与所述总线驱动模块4连接，所述第二输出电源12分别与所述信号控制模块3和所述FPGA控制器2连接，所述第三输出电源13与所述光耦隔离模块5连接。本实施例中，所述电源模块1为15V直流电，所述第一输出电源11 的输出数字为5V，所述第二输出电源12包括输出给所述信号控制模块3的3.3V电源和输出给所述FPGA控制器2的2.5V电源，所述第三输出电源13的输出数字为5V。保证了所述双脉冲测试板中各模块的正常运行。
如图2所示，所述信号触发器32为按键。
如图2所示，所述信号参数设置模块31为拨码开关。
本实施例中，首先通过读取拨码开关的开关信息来控制将要输出的双脉冲信号的脉宽，监测到按键所触发的信号后进行双脉冲信号输出，进而获取悬浮功率斩波器的开关波形。在其他实施例中，为了得到连续的双脉冲信号输出，也可以通过从输入信号接口接入触发信号实现双脉冲信号的控制。
如图1所示，所述光耦隔离模块5型号为6N137。本实施例中，所述光耦隔离模块 5型号选用6N137，该型号的光耦隔离模块5光耦带宽大，响应输入信号的上升时间和下降时间均为30ns，能够满足双脉冲测试需求，同时在所述光耦隔离模块5中提供了8 个光耦芯片，故所述双脉冲测试板能同时提供8路隔离后的双脉冲控制信号，增强了所述双脉冲测试板的适用范围。
如图1所示，所述总线驱动模块4的芯片型号为SN74HC244DWR。本实施例中，通过选用型号为SN74HC244DWR的总线驱动模块芯片，有效提升了所述FPGA控制器2的信号引脚的输出能力。
如图1所示，所述FPGA控制器2型号为EP4CE6。本实施例中，型号为EP4CE6的 FPGA控制器2具有高系统集成度和可靠性，可以利用其在线修改能力，根据需要实时调整控制信号，且可在调试完成之后，将程序烧录至芯片中进行固化保存，极大便捷了测试操作，提高了工作效率。
为了更好的理解本实用新型的工作原理和技术效果，下面以一个双脉冲控制信号为例予以说明。
如图2所示，首先在所述双脉冲测试板上触发所述信号触发器32，此时t0阶段结束，t1阶段开始，所述斩波器模块6中的待测功率器件65导通，由于电感67的存在，所述待测功率器件65上的电流近似线性增长，当t1阶段结束时，此时所述待测功率器件65上的电流迅速变为零，同时所述待测功率器件65两端的电压将增加到电容64电压，从而实现了通过所述信号参数设置模块31调整t1阶段的宽度来改变所述待测功率器件65上的电流大小；当t2阶段开始后，所述电感67上的电流通过所述续流二极管 66续流，由于续流二极管66的内阻较小且t2阶段时间短，即可认为所述电感67上的电流保持不变，直至t2阶段结束时刻，所述待测功率器件65导通，此时可测的其开通波形；当t3阶段开始后，由于t3阶段时间短，也可以认为所述待测功率器件65上的电流保持不变，直至t3阶段结束时刻，所述待测功率器件65关断，此时可测的其关断波形，从而完成一次双脉冲信号的控制过程，得到一组所述悬浮斩波器的开通和关断波形。
以上对本实用新型所提供的一种磁浮列车悬浮斩波器功率器件的双脉冲测试装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种磁浮列车悬浮斩波器功率器件的双脉冲测试装置，其特征在于，包括双脉冲测试板、斩波器模块、总线驱动模块和光耦隔离模块，所述双脉冲测试板上设有电源模块、FPGA控制器和信号控制模块，所述信号控制模块包括信号参数设置模块和信号触发器，所述信号参数设置模块和信号触发器均与FPGA控制器连接，所述FPGA控制器与斩波器模块之间设有依次连接的总线驱动模块和光耦隔离模块，所述电源模块分别与FPGA控制器、总线驱动模块、信号参数设置模块以及光耦隔离模块连接。
2.如权利要求1所述的磁浮列车悬浮斩波器功率器件的双脉冲测试装置，其特征在于，所述斩波器模块包括充电电源、充电电阻、充电开关、电容、电感和功率模块，所述功率模块与电容并联设于所述充电电源的两端，所述充电电阻与充电开关串联位于充电电源和电容之间，所述功率模块包括串联连接的待测功率器件和续流二极管，所述续流二极管上并联设有电感，所述待测功率器件两端与所述光耦隔离模块连接。
3.如权利要求2所述的磁浮列车悬浮斩波器功率器件的双脉冲测试装置，其特征在于，所述斩波器模块还包括与所述电容并联连接的放电模块，所述放电模块包括串联连接的放电电阻和放电开关。
4.如权利要求3所述的磁浮列车悬浮斩波器功率器件的双脉冲测试装置，其特征在于，所述电源模块包括第一输出电源、第二输出电源和第三输出电源，所述第一输出电源与所述总线驱动模块连接，所述第二输出电源分别与所述光耦隔离模块和所述FPGA控制器连接，所述第三输出电源与所述信号控制模块连接。
5.如权利要求4所述的磁浮列车悬浮斩波器功率器件的双脉冲测试装置，其特征在于，所述信号触发器为按键。
6.如权利要求5所述的磁浮列车悬浮斩波器功率器件的双脉冲测试装置，其特征在于，所述信号参数设置模块为拨码开关。
7.如权利要求6所述的磁浮列车悬浮斩波器功率器件的双脉冲测试装置，其特征在于，所述光耦隔离模块型号为6N137。
8.如权利要求7所述的磁浮列车悬浮斩波器功率器件的双脉冲测试装置，其特征在于，所述总线驱动模块的芯片型号为SN74HC244DWR。
9.如权利要求8所述的磁浮列车悬浮斩波器功率器件的双脉冲测试装置，其特征在于，所述FPGA控制器型号为EP4CE6。
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