CN220252094U - 一种用于功率模块工况模拟的测试装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于功率模块工况模拟的测试装置，用于模拟工况进行测试，减少早期失效问题的功率模块流入后续流程，提高产品的良率。本申请包括：电源模块、控制板、被测功率模块、能量消耗负载和夹具主体；夹具主体包括底座、固定组件、测试台和负载固定台；固定组件位于底座中，控制板固定于固定组件中；测试台设置于底座上方，测试台上有契合被测功率模块的固定部件，被测功率模块通过固定部件固定于测试台上；控制板与被测功率模块存在电耦合；负载固定台设置于测试台上侧，负载固定台上有契合被测功率模块的固定槽，能量消耗负载通过固定槽固定于负载固定台上；能量消耗负载与被测功率模块电耦合；电源模块与被测功率模块电耦合。

Description

一种用于功率模块工况模拟的测试装置

技术领域

本申请实施例涉及领域，尤其涉及一种用于功率模块工况模拟的测试装置。

背景技术

电力电子器件又称为功率半导体器件，主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面大功率的电子器件。功率器件几乎用于所有的电子制造业,包括消费电子领域的传统黑白家电和各种数码产品；计算机领域的笔记本、PC、服务器、显示器以及各种外设；网络通信领域的手机、电话以及其它各种终端和局端设备；工业控制类中的工业PC、各类仪器仪表和各类控制设备等。

单个功率器件能承受的正、反向电压是一定的，能通过的电流大小也是有限的。因此，由单个功率器件组成的电力电子装置容量受到限制。所以，在实用中多用几个功率器件串联或并联形成组件，其耐压和通流的能力可以提高，从而可增加电力电子装置的容量。功率器件工作时，会因功率损耗引起器件发热、升温。器件温度过高将缩短寿命，甚至烧毁，这是限制电力电子器件电流、电压容量的主要原因。为此，必须考虑器件的冷却问题。目前，功率器件单管大多具有裸露的散热底板(或称金属基板)表面，该散热底板表面同时是器件的电极，为带电部件。现有的冷却技术是，在散热底板下面设置一个绝缘硅胶垫片或陶瓷垫片，然后用螺丝将器件紧固于主板(或称冷却板或隔板)上。传热路径是:功率器件管芯所发的热量通过散热底板传给绝缘垫片，然后再传给主板，然后再传递给冷却液。由于绝缘垫片界面上难免存在气隙或空隙，故其传热效率较低。另外，还有一种塑封的功率器件单管，其散热底板表面被塑封了，但由于塑封层较厚，导热能力较差，且塑料与主板之间也易产生较大的接触热阻，故其冷却效果也不理想。

综上所述，常规的单管功率器件由于散热能力的限制，难以应用在大功率的场合，而功率模块的出现很好的解决了该问题。功率模块内部通常集成了多颗功率器件芯片，相比于单管功率器件串并联使用，功率模块具有更小的体积和更优的散热能力。

但是，由于功率模块内部复杂，现有的测试设备通常只能测试其常规的静态和动态参数，无法根据功率模块的具体工况模拟测试其正常的运行功能，导致存在早期失效问题的功率模块流入后续生产流程，降低产品的良率。

实用新型内容

本申请公开了一种用于功率模块工况模拟的测试装置，用于模拟工况进行测试，减少早期失效问题的功率模块流入后续流程，提高生产良率。

本申请提供了一种用于功率模块工况模拟的测试装置，包括：

电源模块、控制板、被测功率模块、能量消耗负载和夹具主体；

所述夹具主体包括底座、固定组件、测试台和负载固定台；

所述固定组件位于所述底座中，所述控制板固定于所述固定组件中；

所述测试台设置于所述底座上方，所述测试台上有契合所述被测功率模块的固定部件，所述被测功率模块通过所述固定部件固定于所述测试台上；

所述控制板与所述被测功率模块存在电耦合；

所述负载固定台设置于所述测试台上侧，所述负载固定台上有契合所述被测功率模块的固定槽，所述能量消耗负载通过所述固定槽固定于所述负载固定台上；

所述能量消耗负载与所述被测功率模块电耦合；

所述电源模块与所述被测功率模块电耦合。

可选的，所述电源模块为直流电源或交流电电源。

可选的，当所述电源模块为直流电源时；

所述夹具主体上设置有电源安置槽；

所述电源安置槽位于所述底座底部；

所述电源安置槽位于所述固定组件下侧；

所述电源模块安装于所述电源安置槽内部。

可选的，所述夹具主体还包括竖直体和压接组件；

所述竖直体固定于所述底座后侧；

所述竖直体上设置有压接组件，所述压接组件用于固定所述被测功率模块。

可选的，所述竖直体上设置有限位轨道；

所述限位轨道上设置有限位圆点；

所述压接组件分为固定块和压接体；

所述固定块一侧与所述限位轨道契合，并通过所述限位圆点限位固定；

所述压接体固定在所述固定块的另一侧。

可选的，所述压接体包括压接把手、连接组件、梯形固定装置和压接杆；

所述梯形固定装置固定于固定块的表面；

所述梯形固定装置第一端与所述压接把手连接；

所述梯形固定装置第二端固定所述压接杆；

所述连接组件分别与所述压接把手和所述压接杆固定连接。

可选的，所述压接把手形状为L字型；

所述压接把手的L型弯曲部分与所述梯形固定装置连接。

可选的，所述压接体还包括限位套；

所述限位套包裹所述压接杆；

所述限位套外侧与所述梯形固定装置连接。

可选的，所述测试装置还包括可位移固定器和竖直固定板；

所述可位移固定器的一侧与所述限位轨道契合，并通过所述限位圆点限位固定；

所述可位移固定器的另一侧与所述负载固定台边缘固定；

所述竖直固定板分别与所述负载固定台和所述测试台固定连接。

可选的，所述被测功率模块为MOSFET模块、IGBT模块或二极管模块。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请中，用于功率模块工况模拟的测试装置具体包括电源模块、控制板、被测功率模块、能量消耗负载和夹具主体。其中，所述夹具主体包括底座、固定组件、测试台和负载固定台。所述固定组件位于所述底座中，所述控制板固定于所述固定组件中。所述测试台设置于所述底座上方，所述测试台上有契合所述被测功率模块的固定部件，所述被测功率模块通过所述固定部件固定于所述测试台上。所述控制板与所述被测功率模块存在电耦合。所述负载固定台设置于所述测试台上侧，所述负载固定台上有契合所述被测功率模块的固定槽，所述能量消耗负载通过所述固定槽固定于所述负载固定台上。所述能量消耗负载与所述被测功率模块电耦合。所述电源模块与所述被测功率模块电耦合。通过将控制板设置到夹具中，并且设置在被测功率模块下方，并且在被测功率模块的上方设置能量消耗负载，使得在控制板控制被测功率模块进行工况测试时，能够将功率模块测试过程中产生的能量进行消耗，使得工况测试能够安全进行，减少早期失效问题的功率模块流入后续流程，提高产品的良率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请中用于功率模块工况模拟的测试装置的一个立体结构示意图；

图2为本申请中用于功率模块工况模拟的测试装置电路原理图的一个示意图；

图3为本申请中用于功率模块工况模拟的测试装置的被测功率模块工况示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

在现有的技术中，单个功率器件能承受的正、反向电压是一定的，能通过的电流大小也是有限的。因此，由单个功率器件组成的电力电子装置容量受到限制。所以，在实用中多用几个功率器件串联或并联形成组件，其耐压和通流的能力可以提高，从而可增加电力电子装置的容量。功率器件工作时，会因功率损耗引起器件发热、升温。器件温度过高将缩短寿命，甚至烧毁，这是限制电力电子器件电流、电压容量的主要原因。为此，必须考虑器件的冷却问题。目前，功率器件单管大多具有裸露的散热底板(或称金属基板)表面，该散热底板表面同时是器件的电极，为带电部件。现有的冷却技术是，在散热底板下面设置一个绝缘硅胶垫片或陶瓷垫片，然后用螺丝将器件紧固于主板(或称冷却板或隔板)上。传热路径是:功率器件管芯所发的热量通过散热底板传给绝缘垫片，然后再传给主板，然后再传递给冷却液。由于绝缘垫片界面上难免存在气隙或空隙，故其传热效率较低。另外，还有一种塑封的功率器件单管，其散热底板表面被塑封了，但由于塑封层较厚，导热能力较差，且塑料与主板之间也易产生较大的接触热阻，故其冷却效果也不理想。

综上所述，常规的单管功率器件由于散热能力的限制，难以应用在大功率的场合，而功率模块的出现很好的解决了该问题。功率模块内部通常集成了多颗功率器件芯片，相比于单管功率器件串并联使用，功率模块具有更小的体积和更优的散热能力。

但是，由于功率模块内部复杂，现有的测试设备通常只能测试其常规的静态和动态参数，无法根据功率模块的具体工况模拟测试其正常的运行功能，导致存在早期失效问题的功率模块流入后续生产流程，降低产品的良率。

基于此，本申请公开了一种用于功率模块工况模拟的测试装置，用于模拟工况进行测试，减少早期失效问题的功率模块流入后续流程，提高产品的良率。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1、图2、图3，本申请提供了一种用于功率模块工况模拟的测试装置的一个实施例，包括：

电源模块1、控制板2、被测功率模块3、能量消耗负载4和夹具主体5；

夹具主体5包括底座6、固定组件7、测试台8和负载固定台9；

固定组件7位于底座6中，控制板2固定于固定组件7中；

测试台8设置于底座6上方，测试台8上有契合被测功率模块3的固定部件，被测功率模块3通过固定部件固定于测试台8上；

控制板2与被测功率模块3存在电耦合；

负载固定台9设置于测试台8上侧，负载固定台9上有契合被测功率模块3的固定槽，能量消耗负载4通过固定槽固定于负载固定台9上；

能量消耗负载4与被测功率模块3电耦合；

电源模块1与被测功率模块3电耦合。

本实施例中，电源模块1主要用于给被测功率模块3提供功率输出，使得功率模块在模拟工况下能够有充足并且符合工作条件的电能。能量消耗负载4用于消耗被测功率模块3模拟工况处理后产生的能量。控制板2主要用于控制被测功率模块3的工作状态，具体的，控制板2和被测功率模块3进行电耦合之后，通过控制被测功率模块3内功率器件的导通与关断状态，形成电源模块1与负载4之间的电流通路，如将直流电源逆变为交流电施加到能量消耗负载4上。夹具主体主要用于固定上述电源模块1、能量消耗负载4、控制板2、和被测功率模块3。其中，电源模块1可以直接外接电源，也可以内置电池，此处不作限定，需要根据被测功率模块3的工作性质决定。

本实施例中，控制板2可以为传统的PCB板，也可以为信号转接板+上位机的组合。

本实施例中，能量消耗负载4可以为电阻、电感、电容等。

本实施例中，用于功率模块工况模拟的测试装置具体包括电源模块1、控制板2、被测功率模块3、能量消耗负载4和夹具主体5。其中，夹具主体5包括底座6、固定组件7、测试台8和负载固定台9。固定组件7位于底座6中，控制板2固定于固定组件7中。测试台8设置于底座6上方，测试台8上有契合被测功率模块3的固定部件，被测功率模块3通过固定部件固定于测试台8上。控制板2与被测功率模块3存在电耦合。负载固定台9设置于测试台8上侧，负载固定台9上有契合被测功率模块3的固定槽，能量消耗负载4通过固定槽固定于负载固定台9上。能量消耗负载4与被测功率模块3电耦合。电源模块1与被测功率模块3电耦合。通过将控制板2设置到夹具中，并且设置在被测功率模块3下方，并且在被测功率模块3的上方设置能量消耗负载4，使得在控制板2控制被测功率模块3进行工况模拟测试时，能够将功率模块测试过程中产生的能量进行消耗，形成完整的功率闭环。本功率模块工况模拟的测试装置能在生产过程的早期对功率模块进行工况模拟，筛选出质量不达标的产品，降低产品故障率。基于本测试装置的电源模块1、能量消耗负载4、夹具主体5以及控制板2，辅以高精度的示波器和工控机，可以对功率模块3内功率器件的静态和动态参数进行测试，进一步提高设备测试功能的多样性，降低生产的测试成本。

可选的，电源模块1为直流电源或交流电电源。

可选的，当电源模块1为直流电源时；

夹具主体5上设置有电源安置槽；

电源安置槽位于底座6底部；

电源安置槽位于固定组件7下侧；

电源模块1安装于电源安置槽内部。

本实施例中，根据被测功率模块3的实际情况，与其连接的电源模块1可以为直流电源或是交流电电源。并且，当电源模块1为直流电源时，可以通过在夹具主体5上设置有电源安置槽来固定电源模块1。具体的，电源安置槽位于底座6底部，电源安置槽位于固定组件7下侧，电源模块1安装于电源安置槽内部

可选的，夹具主体5还包括竖直体10和压接组件；

竖直体10固定于底座6后侧；

竖直体10上设置有压接组件，压接组件用于固定被测功率模块3。

本实施例中，为了保证被测功率模块3的固定效果，以及整个测试装置的稳定性，在测试装置上增设了竖直体10和压接组件。竖直体10的设置是为了让压接组件能够更好受力，压接组件用于固定被测功率模块3，以及其他组件。

可选的，竖直体10上设置有限位轨道11；

限位轨道11上设置有限位圆点12；

压接组件分为固定块13和压接体；

固定块13一侧与限位轨道11契合，并通过限位圆点12限位固定；

压接体固定在固定块13的另一侧。

本实施例中，为了配合压接组件，在竖直体10上设置了限位轨道11，限位轨道11用于调整压接组件的整体位置。并且，限位轨道11上还设置有限位圆点12，用于固定压接组件的竖直位置。

具体的，压接组件分为固定块13和压接体，固定块13一侧与限位轨道11契合，并通过限位圆点12限位固定，而压接体固定在固定块13的另一侧，通过固定块13带动压接体竖直运动，并且可固定高度，增加了整个器件的功能性，提高了适配不同被测功率模块3的型号，即增加了使用的灵活性。

可选的，压接体包括压接把手14、连接组件15、梯形固定装置16和压接杆17；

梯形固定装置16固定于固定块13的表面；

梯形固定装置16第一端与压接把手14连接；

梯形固定装置16第二端固定压接杆17；

连接组件15分别与压接把手14和压接杆17固定连接。

本实施例中，梯形固定装置16固定于固定块13的表面，并且梯形固定装置16第一端与压接把手14连接，梯形固定装置16第二端固定压接杆17，连接组件15分别与压接把手14和压接杆17固定连接，使得可以通过位移压接把手14来控制连接组件15和压接杆17进行联动压接，增加压接效果。

可选的，压接把手14形状为L字型；

压接把手14的L型弯曲部分与梯形固定装置16连接。

本实施例中，通过将压接把手14的外形设置为为L字型，并且压接把手14的L型弯曲部分与梯形固定装置16连接，使得可以通过杠杆原理节省压接把手14的处理点，省力。

可选的，压接体还包括限位套18；

限位套18包裹压接杆17；

限位套外侧与梯形固定装置16连接。

本实施例中，通过限位套18包裹压接杆17，限位套外侧与梯形固定装置16连接，可以增加压接杆17的压接精准度。

可选的，测试装置还包括可位移固定器19和竖直固定板20；

可位移固定器19的一侧与限位轨道11契合，并通过限位圆点12限位固定；

可位移固定器19的另一侧与负载固定台9边缘固定；

竖直固定板20分别与负载固定台9和测试台8固定连接。

本实施例中，可位移固定器19的一侧与限位轨道11契合，并通过限位圆点12限位固定，使得负载固定台9能够更稳定的规定，并且也能够根据被测功率模块3的大小，调整负载固定台9的高度，使得负载固定台9协同进行固定。

可选的，所述被测功率模块3为MOSFET模块、IGBT模块或二极管模块。

请参考图2和图3，图2和图3为被测功率模块3为MOSFET模块时的电路耦合情况。

图2是该测试装置中部分电路原理图，本实施例中，DUT(被测功率模块3)为MOSFET全桥功率模块，模拟工况为电机逆变控制，电源模块1采用直流电源，能量消耗负载4为电感，控制板2包含MCU、DRV等电子元件，用于控制被测功率模块3内MOSFET的开关状态。

图3为测试过程中DUT的工况示意图，在某一状态下，MOSFET M1和M4导通，M2和M3关断，电流沿Current1所示路径方向流动；在下一状态，M1和M3关断，M2和M4导通，电流沿Current2所示路径方向流动。通过控制MOSFET开关状态，MOSFET可经历正向导通、反向耐压、开关切换等，这些电应力与被测功率模块3用作电机逆变控制时承受的电应力一致，该测试装置可有效的筛选出早期失效的被测功率模块3，提升后续总成的良率。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅用于说明各部件或组成部分之间的相对位置关系，并不特别限定各部件或组成部分的具体安装方位。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，在本申请中所附图式所绘制的结构、比例、大小等，均仅用于配合说明书所揭示的内容，以供本领域技术人员了解与阅读，并非用于限定本申请可实施的限定条件，故不具有技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均仍应落在本申请所揭示的技术内容涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种用于功率模块工况模拟的测试装置，其特征在于，包括：

电源模块、控制板、被测功率模块、能量消耗负载和夹具主体；

所述夹具主体包括底座、固定组件、测试台和负载固定台；

所述固定组件位于所述底座中，所述控制板固定于所述固定组件中；

所述测试台设置于所述底座上方，所述测试台上有契合所述被测功率模块的固定部件，所述被测功率模块通过所述固定部件固定于所述测试台上；

所述控制板与所述被测功率模块存在电耦合；

所述负载固定台设置于所述测试台上侧，所述负载固定台上有契合所述被测功率模块的固定槽，所述能量消耗负载通过所述固定槽固定于所述负载固定台上；

所述能量消耗负载与所述被测功率模块电耦合；

所述电源模块与所述被测功率模块电耦合。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述电源模块为直流电源或交流电电源。

3.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，当所述电源模块为直流电源时；

所述夹具主体上设置有电源安置槽；

所述电源安置槽位于所述底座底部；

所述电源安置槽位于所述固定组件下侧；

所述电源模块安装于所述电源安置槽内部。

4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述夹具主体还包括竖直体和压接组件；

所述竖直体固定于所述底座后侧；

所述竖直体上设置有压接组件，所述压接组件用于固定所述被测功率模块。

5.根据权利要求4所述的测试装置，其特征在于，所述竖直体上设置有限位轨道；

所述限位轨道上设置有限位圆点；

所述压接组件分为固定块和压接体；

所述固定块一侧与所述限位轨道契合，并通过所述限位圆点限位固定；

所述压接体固定在所述固定块的另一侧。

6.根据权利要求5所述的测试装置，其特征在于，所述压接体包括压接把手、连接组件、梯形固定装置和压接杆；

所述梯形固定装置固定于固定块的表面；

所述梯形固定装置第一端与所述压接把手连接；

所述梯形固定装置第二端固定所述压接杆；

所述连接组件分别与所述压接把手和所述压接杆固定连接。

7.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于，所述压接把手形状为L字型；

所述压接把手的L型弯曲部分与所述梯形固定装置连接。

8.根据权利要求6中所述的测试装置，其特征在于，所述压接体还包括限位套；

所述限位套包裹所述压接杆；

所述限位套外侧与所述梯形固定装置连接。

9.根据权利要求5所述的测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括可位移固定器和竖直固定板；

所述可位移固定器的一侧与所述限位轨道契合，并通过所述限位圆点限位固定；

所述可位移固定器的另一侧与所述负载固定台边缘固定；

所述竖直固定板分别与所述负载固定台和所述测试台固定连接。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的测试装置，其特征在于，所述被测功率模块为MOSFET模块、IGBT模块或二极管模块。