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IPM自动测试平台的研究及实现

发布时间:2020-07-21 18:58:14 阅读: 来源:快递厂家

摘 要: IPM测试需要测试多个参数,这些不同的参数需要不同的测试平台。本文通过对各种不同参数的测试方法进行研究,设计并实现了自动测试平台。

关键词:智能功率模块;IGBT;自动测试平台

问题的提出火车机车动力系统中普遍使用的智能功率模块IPM(Intelligent Power Module)是电力集成电路的一种,集功率器件(IGBT)、驱动电路和保护功能于一体,内部含有门极驱动控制、故障检测和多种保护电路,其核心器件是IGBT。实际使用过程中,由于没有简单的方法判断出IPM质量的好坏,一旦IPM出现了质疑问题就只能丢弃,造成了巨大的浪费。因此,对IPM器件的性能测试有着重要的实际意义。本测试中的IPM器件型号为PM300DSA120,根据测量出的各个参数值与参数标准进行比较来评定该器件的好坏。

图1 多测试平台的连接原理图

图2 IPM测试原理图

自动测试平台方案研究信号源的输入 本测试中所需的信号源有三种:高电平直流5V电源,控制IPM截止;脉冲信号,控制IPM通断;低电平,控制IPM导通。其中直流5V电源由电源直接提供;低电平可直接接地;脉冲电源由AC4071芯片产生。AC4071芯片中包含3片8253,每片8253含有三个计数器。由于系统所要求的脉冲电源的特点是占空比为1:1000,周期为1s,这是普通电源无法满足的,所以我们在设计中利用8253的两个计数器的通道进行串联以产生频率、占空比可变的定时脉冲信号。负载及其电压量、电流量的切换在测试电路中,有两类负载:一类为高电压、小电流的情况,此时电压为600V,电流最大为300mA,电阻约为2KΩ,功率为180W;另一类为低电压、大电流的情况,此时电压为60V,电阻为0.2W,电流为300A,负载功率可达18KW。但这样的电阻很难制作,因此,在实际设计中,采用了180W的电阻,在控制端发出占空比为1:1000的脉冲,使负载的导通时间亦为0.1%, 这样,负载功率就不会超过180W。负载电阻根据需求选择其中之一接入。电源分为两种,一为大电压、小电流,可在300~1200V范围内调节;一为小电压、大电流,输出电流可在0~300A范围内调节,可根据需求接入其中之一,并且可用手动方法调节电压、电流的大小。连接电路控制器 该测试平台连接原理如图1所示,其连接控制器通过控制连接一、连接二和连接三来实现其测试IPM各项参数的目的。其中连接一可按需要切换各种信号源,还可将输入信号接入测量电路;连接二可按需要切换各种负载和用以测量电压、电流传感器;连接三可按需要切换不同的可调输入电源。连接电路控制器为中间继电器,由24V直流电源供电,每个继电器带有4路常开触点和4路常闭触点。其控制信号由AC4071上16路输出信号加以控制。AC4071板上的输出的信号可编程。连接电路控制器仅起静态连接作用,即在组建一种测试平台前,由工控机经AC4071板发出输出控制信号,控制继电器进行连接。为确保连接正确,将反馈信号输入,以检测连接是否成功。一旦进入测试状态后,这种连接平台就不再改变,直至测试结束。这种静态的平台连接方法,可以保证在测试过程中,测试工作的安全可靠。

问题的处理测试中,有一些特殊参数须加注意,如:ton,是指在输入一个脉冲信号时,IPM的响应时间与下降沿之间的时间关系,该参数一般是由操作人员现场使用双踪示波器观看。而在本课题中,笔者通过计算机连接两个独立的数据通道,用数据采集的办法,采集两条曲线,并对两曲线进行比较分析,得到时间参(常)数。由于ton、toff等参数为0.1ms的数量级,因此,该测试系统中的数据采集速率可达30MHz。由于系统需测试的参数,如ton、trr、toff等,均定义在两条相关曲线的相互位置上,因此,在研制过程中,对于这些参数的处理都给予了特殊的重视。这些相关的曲线,并非理想曲线,因此,这里采用了两项关键的处理技术。其一,是在两条曲线的对齐上(即两条曲线在时间上的ns级同步),采用ns级的触发上升沿,同时启动两个A/D通道来采集,使它们可在ns级的误差范围内同时工作;其二,是抗干扰技术。由于所采集的曲线干扰较大,我们采用数字滤波技术来滤掉干扰。自动测试平台设计我们所设计的自动测试平台的原理图如图2所示。根据测试功能的不同将图2分为四个区。其中(I)区为信号源输入控制区,可按需要切换各种信号源,并可将输入信号接入测量电路;(II)区为供电源及负载选择区,可按需要切换各种负载和测量电压、电流传感器,并可用来切换不同的可调输入电源;(III)区为三级驱动的继电器区,由计算机ISA总线插槽中的AC4071 I/O信号来控制继电器(J1A,J1B,J2A,J2B,J3......J7)闭合从而确定输入不同的电源信号和输出到A/D板中的不同信号测试点。(Ⅳ)区为数据采集区,从电压、电流传感器接收的数据通过A/D0、A/D1两个端口采集到计算机ISA总线插槽中的AC1030板(A/D转换板)上,并以表格、图象等方式加以显示。

结语本测试平台是以继电器为主要控制器件的可编程静态自动测试平台,一旦系统进入测试状态后,连接平台将不再改变,直至测试结束。从而保证了测试工作的安全可靠。此外,本测试平台可以进一步发展成为动态测试平台。动态测试平台是在静态测试平台的基础上组建的一种多功能平台,可以根据工作需要而改变,以满足更高的需求。具体做法是在火车机车中直接用传感器对IPM进行参数测试,然后通过软件将测试结果传送到控制平台中,控制平台根据传送的参数用和静态测试平台相同的方法进行判断,从而得出器件的好坏。此做法的好处是可以动态的了解器件的性能,能够实时的反应器件的好坏。此IPM器件测试系统受北京铁路局有关部门委托开发,现已投入实际使用。■ 参考文献1 国家技术监督局发布. 绝缘栅双极型晶体管测试方法.中华人民共和国国家标准.19982 北京双诺测控技术有限公司. AC4071使用手册. 北京:北京双诺测控技术有限公司.20013 北京双诺测控技术有限公司. AC1030使用手册. 北京:北京双诺测控技术有限公司.2001

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