CN217901936U - 一种测试电路及测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种测试电路及测试装置，涉及电力电子器件测试技术领域，用于对各种不同型号的IGBT器件实现开启电压的自动化测试，降低测试成本。所述测试电路包括：控制驱动单元、测试单元、比较单元和供电单元，其中；供电单元通过测试单元与IGBT的C极电连接，IGBT的E极接地；比较单元的第一输入端连接于供电单元和测试单元之间，第二输入端连接于测试单元与IGBT的C极之间，比较单元的输出端与控制驱动单元电连接；控制驱动单元与IGBT的G极电连接，用于向IGBT的G极提供驱动信号和采集IGBT的开启电压。所述测试装置包括上述技术方案所提的测试电路。本实用新型提供的测试电路用于测试IGBT的开启电压。

Description

一种测试电路及测试装置

技术领域

本实用新型涉及电力电子器件测试技术领域，尤其涉及一种测试电路及测试装置。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)是一种通过与金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor,MOSFET)相同的方式控制栅极和发射极之间的电压，接通和关断集电极和发射极之间电源的器件。作为一种大功率驱动器件，IGBT的应用领域十分的广泛，适用于家用电器和火车等基础设施的各类应用。

目前很多高铁动车组的牵引变流器内部均设有IGBT器件，在这种高电压，大电流的运行环境中，IGBT器件的性能关乎到乘客的生命安全。其中，为了确定IGBT器件是否处于安全状态，需要确定IGBT器件的参数是否在允许范围内。

现有针对IGBT器件栅极开启电压的检测设备较少，且没有自动化的测试设备，对IGBT器件的型号覆盖范围也较小。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种测试电路及测试装置，用于对各种不同型号的IGBT器件实现开启电压的自动化测试，降低测试成本。

第一方面，本实用新型提供一种测试电路，用于测试IGBT的开启电压，测试电路包括：控制驱动单元、测试单元、比较单元和供电单元。其中，供电单元通过测试单元与IGBT的C极电连接。IGBT的E极接地。比较单元的第一输入端连接于供电单元和测试单元之间。比较单元的第二输入端连接于测试单元与IGBT的C极之间。比较单元的输出端与控制单元电连接。控制驱动单元与IGBT的G极电连接，用于向IGBT的G极提供PWM驱动信号和采集IGBT的开启电压。

采用上述技术方案的情况下，控制驱动单元与IGBT的G极电连接，使得在供电单元开启后，控制驱动单元可以向IGBT的G极提供驱动信号，并利用PWM驱动具有一定延时的特性，通过不断提高PWM的占空比来逐渐提高供给IGBT的电压，使IGBT器件可以实现逐渐导通。比较单元的第一输入端连接于供电单元和测试单元之间，第二输入端连接于测试单元与IGBT的C极之间，在IGBT逐渐导通的过程中，比较单元将第一输入端输入的电压与第二输入端输入的电压进行比较，即比较测试单元两端的电压，来比判断IGBT是否导通。IGBT未导通时，测试电路处于开路状态，测试单元处没有电压，第一输入端输入的电压与第二输入端输入的电压均为0，比较器向控制驱动单元输出低电平；IGBT导通时，整个测试电路构成通路，测试单元处存在电压，且第一输入端输入的电压大于第二输入端输入的电压，比较器向控制驱动单元输出高电平。在检测到比较单元输出的高电平时，控制驱动单元还用于采集IGBT的G极电压作为开启电压，将该开启电压与预设参数进行对比，即可得出测试的IGBT是否合格。由此可见，本实用新型提供的测试电路可以实现IGBT开启电压的自动化测试，提高了测试效率；且只需调整供电单元输出的电压即可实现对不同型号IGBT器件的开启电压检测，使得多种不同型号的IGBT都被囊括进去，降低了测试成本。

示例性的，与测试得到的开启电压相比较的预设参数为相应IGBT的数据手册标定开启电压值，标定开启电压值具有误差范围。测设得到的开启电压若在误差范围内，则还能继续使用，判定测试的IGBT器件为合格；测试得到的开启电压若超过了误差范围，则不能再继续使用，判定测试的IGBT器件为不合格，需要当做损坏件报废。

第二方面，本实用新型还提供一种测试装置，包括第一方面或第一方面任一可能的实现方式所描述的测试电路。

与现有技术相比，本实用新型提供的测试装置的有益效果与第一方面或第一方面任一可能的实现方式所描述的测试电路的有益效果相同，此处不做赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例中测试电路的模块示意图；

图2为本实用新型实施例中测试电路的电路示意图；

图3为本实用新型实施例中测试装置的示意图。

附图标记：

10-控制驱动单元， 11-测试单元，

12-比较单元， 13-供电单元，

101-控制子单元， 102-驱动子单元，

14-IGBT， 1011-控制器，

1021-驱动器， 111-取样电阻，

121-比较器， 131-可调节直流电源，

201-电源板卡， 202-主控板卡，

20-电路板卡。

具体实施方式

为了便于清楚描述本实用新型实施例的技术方案，在本实用新型的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。

需要说明的是，本实用新型中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本实用新型中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

本实用新型中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)是一种通过与金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor,MOSFET)相同的方式控制栅极和发射极之间的电压，接通和关断集电极和发射极之间电源的器件。作为一种大功率驱动器件，IGBT的应用领域十分的广泛，适用于家用电器和火车等基础设施的各类应用。现有的分立式IGBT可以用于IH烹饪设备、电饭锅、厨房微波炉、冰箱、洗衣机、空调和其它家用设备。分立式IGBT的集电极-发射极的电压范围为6500V，直流电流为750A，比硅MOSFET更适合控制高压和大电流。

本实用新型实施例所测试的IGBT基于高铁动车组牵引变流器内部，此器件用于高电压，大电流的运行环境，器件的性能关乎到乘客的生命安全，基于它的特殊性，本实用新型实施例设计一款可以测试它导通电压的测试装置，以确定参数是否在允许范围之内，进而确定IGBT器件是否处于安全状态。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供一种测试电路，用于测试IGBT14的开启电压，测试电路包括：控制驱动单元10、测试单元11、比较单元12和供电单元13。其中，供电单元13通过测试单元11与IGBT14的C极电连接。IGBT14的E极接地。比较单元12的第一输入端连接于供电单元13和测试单元11之间。比较单元12的第二输入端连接于测试单元11与IGBT14的C极之间。比较单元12的输出端与控制驱动单元10电连接。控制驱动单元10与IGBT14的G极电连接，用于向IGBT14的G极提供PWM驱动信号和采集IGBT14的开启电压。

具体实施时，如图1和图2所示，供电单元13首先开启，向整个测试电路供电；供电单元13开启后，控制驱动单元10通过不断增加PWM的占空比来向IGBT14的G极提供驱动信号，驱动IGBT14导通。在供电单元13开启后，IGBT14导通前，比较单元12将第一输入端和第二输入端输入的电压进行比较，此时第一输入端和第二输入端的电压均为0，比较器121会向控制驱动单元10输出低电平；控制驱动单元10检测到比较单元12输出的低电平后，继续通过不断增加PWM的占空比来向IGBT14的G极提供驱动信号。当IGBT14导通后，比较单元12将第一输入端和第二输入端输入的电压进行比较，由于IGBT14处于导通状态，测试单元11两端具有不同的电压，此时比较单元12的第一输入端输入的电压大于第二输入端输入的电压，比较单元12会向控制驱动单元10输出高电平；控制驱动单元10检测到比较单元12输出的高电平后，采集IGBT14的G极电压，此时的G极电压即为IGBT14的开启电压，同时控制驱动单元10停止向IGBT14提供驱动信号。

通过上述测试电路的组成结构和具体实施过程可知，如图1和图2所示，控制驱动单元10与IGBT14的G极电连接，使得在供电单元13开启后，控制驱动单元10可以向IGBT14的G极提供驱动信号，并利用PWM驱动具有一定延时的特性，通过不断提高PWM的占空比来逐渐提高供给IGBT14的电压，使IGBT14器件可以实现逐渐导通。比较单元12的第一输入端连接于供电单元13和测试单元11之间，第二输入端连接于测试单元11与IGBT14的C极之间，在IGBT14逐渐导通的过程中，比较单元12将第一输入端输入的电压与第二输入端输入的电压进行比较，即比较测试单元11两端的电压，来比判断IGBT14是否导通。IGBT14未导通时，测试电路处于开路状态，测试单元11处没有电压，第一输入端输入的电压与第二输入端输入的电压均为0，比较器121向控制驱动单元10输出低电平；IGBT14导通时，整个测试电路构成通路，测试单元11处存在电压，且第一输入端输入的电压大于第二输入端输入的电压，比较器121向控制驱动单元10输出高电平。在检测到比较单元12输出的高电平时，控制驱动单元10还用于采集IGBT14的G极电压作为开启电压，将该开启电压与预设参数进行对比，即可得出测试的IGBT14是否合格。由此可见，本实用新型实施例提供的测试电路可以实现IGBT14开启电压的自动化测试，提高了测试效率；且只需调整供电单元13输出的电压即可实现对不同型号IGBT14器件的开启电压检测，使得多种不同型号的IGBT14都被囊括进去，降低了测试成本。

在一些示例中，上述为IGBT开启电压一次采集的过程，为了保证采集的精确度，可以重复进行多次开启电压的采集，然后通过控制驱动单元将多次采集到的结果与预设参数进行比较，来判断IGBT器件是否合格。

示例性的，可以对同一个IGBT器件重复进行10次、50次、100次、1000次等的开启电压采集，采集次数越多，最终得到的IGBT合格与否的情况越准确。

示例性的，与测试得到的开启电压相比较的预设参数为相应IGBT的数据手册标定开启电压值，标定开启电压值具有误差范围。测设得到的开启电压若在误差范围内，则还能继续使用，判定测试的IGBT器件为合格；测试得到的开启电压若超过了误差范围，则不能再继续使用，判定测试的IGBT器件为不合格，需要当做损坏件报废。

作为一种可能的实现方式，供电单元提供的工作电压范围为0V～36V。与现有技术中对IGBT开启电压检测的装置所提供的电压范围相比，本实用新型实施例提供的测试电路中的供电单元，可以提供范围为0V～36V的工作电压，可覆盖的启动电压的范围更广；由于不同型号的IGBT器件的启动电压不同，可提供的工作电压范围更广，则本实用新型实施例可测试的IGBT的型号也更多，降低了测试成本。

在一些示例中，如图1和图2所示，供电单元13包括可调节直流电源131，可调节直流电源131具有输入端、第一输出端、第二输出端和接地端，可调节直流电源131的输入端与外部电源电连接，第一输出端与控制驱动单元10电连接，第二输出端与测试单元11电连接。

示例性的，可调节直流电源所提供的输出电流为100mA。

示例性的，可调节直流电源可以为DC-DC开关电源，具体地，可以为PH100A280-12开关电源、CPF1000F280-14开关电源、CCG1R5-12-03SF开关电源、PAF500F24-12开关电源、i3A4W005A150V-001-R开关电源、i7C2W020A120V-001-R开关电源等等；也可以为具有DC-DC电源转换器的直流电源。其中，直流电源可以为DS1000直流电源、E3630A直流电源、B2961A直流电源、N8754A直流电源、QJ3003S直流电源等等，DC-DC电源转换器可以为FHP8N60转换器、TK10A60DA转换器、DP2596转换器、FQP8N60转换器等等，此处仅做举例，并不限定可调节直流电源的具体型号。

作为一种可能的实现方式，如图1和图2所示，控制驱动单元10包括控制子单元101和驱动子单元102。控制子单元101通过驱动子单元102与IGBT14的G极电连接，用于通过驱动子单元102向所述IGBT14的G极提供PWM驱动信号。控制子单元101还与IGBT14的G极电连接，用于采集IGBT14的开启电压。控制子单元101与可调节直流电源131的第一输出端、比较单元12的输出端和驱动子单元102电连接。

基于此，如图1和图2所示，在可调节直流电源131开启后，控制子单元101可以通过向驱动子单元102提供PWM信号，经由驱动子单元102来驱动IGBT14的G极，并不断增加PWM的占空比来驱动IGBT14导通。在检测到比较单元12输出的低电平时，控制子单元101继续向驱动子单元102提供PWM信号，并不断增加PWM的占空比来驱动IGBT14导通；在检测到比较单元12输出的高电平时，由于控制子单元101还与IGBT14的G极电连接，使得控制子单元101可以采集此时IGBT14的G极处的电压，此电压即为IGBT14的开启电压，控制子单元101还可以记录并将采集到的开启电压与预设参数对比，便于了解测试的IGBT14是否在预设参数的范围内；采集完后控制子单元101就停止PWM信号的输出，便于进行下一次的开启电压采集；基于此实现了IGBT14开启电压的自动化采集及对比，进而实现了IGBT14开启电压的自动化测试，提高了测试速率。

在一些示例中，如图1和图2所示，控制子单元101包括控制器1011。控制器1011为单片机、可编程逻辑控制器和微处理器中的一种。

示例性的，控制器可以为单片机。单片机具有设备小型化、集成度高、控制能力强和性能高等优势。具体的，本实用新型实施例提供的单片机可以为51单片机、51单片机、MSP单片机、STM32单片机和AVR单片机等，此处仅做举例，并不限定单片机的具体型号。

在一些示例中，如图1和图2所示，驱动子单元102包括驱动器1021。驱动器为光耦合驱动器、脉冲变压器、厚膜驱动器、逻辑门驱动器和集成驱动器中的一种。

示例性的，驱动器可以为M57962驱动器、2BB4035T驱动器、TLP250驱动器、HL402驱动器、XB841驱动器、ULN2003驱动芯片和74HC04驱动器等，此处仅做举例，并不限定驱动器的具体型号。

作为一种可能的实现方式，如图1和图2所示，比较单元12包括比较器121。测试单元11包括取样电阻111。如图2所示，取样电阻111具有第一端和第二端，取样电阻111的第一端与可调节直流电源131的第二输出端电连接，第二端与IGBT14的C极电连接；比较器121具有第一输入端、第二输入端和输出端，比较器121的第一输入端连接于可调节直流电源131和取样电阻111之间，第二输入端连接于取样电阻111与IGBT14的C极之间，输出端与控制器1011电连接。

比较器是用于以两个输入端中的一个作为参考点，当另一个输入端输入的电压小于参考点的电压时比较器会输出低电平，反之输出高电平的器件。基于此，在本实用新型实施例中，如图2所示，比较器121的第一输入端和第二输入端分别连接于取样电阻111的第一端和第二端，即比较的是取样电阻111两端的电压。本实用新型实施例中以比较器121的第二输入端为参考点，将第一输入端输入的电压与第二输入端输入的电压进行比较。在可调节直流电源131开启后，IGBT14导通前，取样电阻111上没有电压，此时比较器121的第一输入端和第二输入端输入的电压均为0，比较器121向控制器1011输出低电平；当IGBT14导通时，整个测试电路构成通路，取样电阻111上有电压，此时比较器121的第一输入端输入的电压大于第二输入端输入的电压，比较器121向控制器1011输出高电平。由此可见，通过比较器121和取样电阻111的配合，使得测试电路在电源开启后就可以利用比较器121输出的低电平和高电平来判断IGBT14是否导通，便于后续IGBT14开启电压的采集，实现了IGBT14开启电压的自动化测试。

在一些示例中，比较器为过零电压比较器、电压比较器、窗口比较器和滞回比较器中的一种。

示例性的，比较器为电压比较器，具体地可以为LM311比较器、LM339比较器、uA710比较器、LTC6754比较器、AD790比较器、LM393比较器和LM1514比较器中的一种。

在一些示例中，取样电阻为可调电阻或不可调电阻。在本实用新型实施例中，取样电阻只需实现电路为通路时有电压的功能，为可调电阻或不可调电阻均可。

本实用新型实施例还提供一种测试装置，包括上述实施例中所描述的测试电路。

与现有技术相比，本实用新型实施例提供的测试装置的有益效果与上述实施例所描述的测试电路的有益效果相同，此处不做赘述。

作为一种可能的实现方式，测试装置还包括人机交互界面。基于此，在可调节直流电开启后，可以通过人机交互界面上的开始选项开始IGBT开启电压的采集；在采集IGBT开启电压的过程中，人机交互界面可以以百分比的形式显示采集进度；采集完成后，可以通过人机交互界面上的保存选项，把采集到的开启电压值进行数字化的保存，还可以在控制器将采集得到的开启电压与预设参数对比计算后显示被测器件的误差大小和多少，以及是否合格；此外，在下次采集同一台设备时，还可以将现在的开启电压值和以前已经采集的开启电压之值进行比较，比较完成后在人机交互界面输出显示两个值的误差率和误差个数，对比得知误差有多大和有多少，预估计被测器件有无太大的漏电问题或设备的功率增大等问题。

在一些示例中，人机交互界面包括LCD屏。

作为一种可能的实现方式，如图3所示，测试装置还包括电路板卡20，电路板卡20分为电源板卡201和主控板卡202两个部分，供电单元位于电源板卡201处，控制驱动单元、测试单元、比较单元和人机交互界面位于主控板卡202处。

尽管在此结合各实施例对本实用新型进行了描述，然而，在实施所要求保护的本实用新型过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

尽管结合具体特征及其实施例对本实用新型进行了描述，显而易见的，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本实用新型的示例性说明，且视为已覆盖本实用新型范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种测试电路，其特征在于，用于测试IGBT的开启电压，所述测试电路包括：控制驱动单元、测试单元、比较单元和供电单元，其中；

所述供电单元通过所述测试单元与所述IGBT的C极电连接，所述IGBT的E极接地；

所述比较单元的第一输入端连接于所述供电单元和所述测试单元之间，所述比较单元的第二输入端连接于所述测试单元与所述IGBT的C极之间，所述比较单元的输出端与所述控制驱动单元电连接；

所述控制驱动单元与所述IGBT的G极电连接，用于向所述IGBT的G极提供PWM驱动信号和采集所述IGBT的开启电压。

2.根据权利要求1所述的测试电路，其特征在于，所述控制驱动单元包括控制子单元和驱动子单元，所述控制子单元通过所述驱动子单元与所述IGBT的G极电连接，用于通过所述驱动子单元向所述IGBT的G极提供PWM驱动信号；

所述控制子单元还与所述IGBT的G极电连接，用于采集所述IGBT的开启电压。

3.根据权利要求2所述的测试电路，其特征在于，所述控制子单元包括控制器，所述控制器为单片机、可编程逻辑控制器和微处理器中的一种。

4.根据权利要求2所述的测试电路，其特征在于，所述驱动子单元包括驱动器，所述驱动器为光耦合驱动器、脉冲变压器、厚膜驱动器、逻辑门驱动器和集成驱动器中的一种。

5.根据权利要求1所述的测试电路，其特征在于，所述供电单元包括可调节直流电源。

6.根据权利要求1所述的测试电路，其特征在于，所述供电单元提供的工作电压范围为0V～36V。

7.根据权利要求1所述的测试电路，其特征在于，所述比较单元包括比较器，所述比较器为过零电压比较器、电压比较器、窗口比较器和滞回比较器中的一种。

8.根据权利要求1所述的测试电路，其特征在于，所述测试单元包括取样电阻，所述取样电阻为可调电阻或不可调电阻。

9.一种测试装置，其特征在于，包括权利要求1～8任一项所述的测试电路。

10.根据权利要求9所述的测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括人机交互界面。

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