CN109696612B - 汽车用igbt模块的双脉冲测试***及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种汽车用IGBT模块的双脉冲测试***及测试方法，该测试***集成设置有测试回路、驱动控制电路以及测试温度调节装置，被试IGBT模块设置于测试回路中，驱动控制电路与被试IGBT模块的驱动端连接，测试时测试回路提供可调的测试电压、测试电流给被试IGBT模块，驱动控制电路提供所需双脉冲作为测试脉冲给被试IGBT模块，通过测试温度调节装置将被试IGBT模块的温度进行升高或降低调节，以调节至所需测试温度值；该测试方法为利用上述测试***的测试方法。本发明能够同时满足高温、低温以及极端温度工况下汽车级IGBT模块的双脉冲测试需求，且具有测试操作简单、所需成本低、***集成度以及测试效率高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及汽车用IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）模块测试技术领域，尤其涉及一种汽车用IGBT模块的双脉冲测试***及测试方法。
背景技术
随着化石燃料的日益枯竭与环境问题的日益严重，汽车领域正逐步由混合动力、纯电动汽车和燃料电池汽车为代表的电动汽车代替传统汽车，其中以电动车为代表的新能源汽车已成为了汽车产业的重要发展方向。电动汽车是主要以电池为能量源，全部或部分由电机驱动汽车，可以分为纯电动汽车(EV)、混合动力电动汽车（HEV）和燃料电池电动汽车，电机和电机控制器等作为新能源汽车的能量流***，在整个新能源汽车中有着至关重要的作用，而IGBT模块作为将直流电源转换为交流电源的转换部件，其是电机控制器内的核心部件，因而对IGBT模块的性能将直接影响着汽车整体的性能可靠性。
汽车中电机控制器功率密度比较高，因而汽车级IGBT模块都是专门配置的汽车级模块，汽车级IGBT模块功率密度相比于常规的IGBT模块较高，通常是由六个芯片集成在一起，并且为IGBT带有PINFIN（针翅）结构的IGBT模块或者自带散热器的IGBT模块。为了保障IGBT模块的性能稳定，通常需要对IGBT模块进行动态测试，双脉冲的测试即为IGBT模块开通关断等动态测试中至关重要的一个测试环节。
目前汽车级IGBT模块尚处于初级研究阶段，对汽车级IGBT模块的应用研究还较少，针对汽车级IGBT模块的双脉冲测试，通常都是直接在常温环境下进行，即通常都未考虑温度工况问题，在常温环境下直接测试得到IGBT模块的动态参数。而汽车所可能应用的环境非常复杂，如可能为高温环境，也可能为低温环境，甚至可能为极端高温工况或极端低温工况，而对于IGBT模块小电流，低温条件会严重影响对二极管反向恢复性能，高温环境则会对IGBT开关的开通过程和关断过程均造成非常恶劣的影响，上述仅仅通过常温测试进行汽车级IGBT模块双脉冲测试的方式，缺少温度环境条件，测试所得到的动态参数无法精确的反映IGBT模块的动态参数状态，当应用于高温、低温或极端温度环境时，通过测试的IGBT模块很可能会发生故障，影响汽车的稳定运行。若要测试高温环境下的IGBT模块，一种解决方法是采用高温箱或环境箱，但是采用高温箱或环境箱时，高温箱或环境箱的模式对于采集设备耐温要求比较高，测试难度较大，且测试数据采集较为困难，不便于实际操作。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够同时满足高温、低温以及极端温度工况下汽车级IGBT模块的双脉冲测试需求，且测试操作简单、所需成本低、***集成度以及测试效率高的汽车用IGBT模块的双脉冲测试***及测试方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种汽车用IGBT模块的双脉冲测试***，包括集成设置有测试回路、驱动控制电路以及测试温度调节装置，被试IGBT模块设置于所述测试回路中，所述驱动控制电路与所述被试IGBT模块的驱动端连接，测试时所述测试回路提供可调的测试电压、测试电流给被试IGBT模块，所述驱动控制电路提供所需双脉冲作为测试脉冲给被试IGBT模块，通过所述测试温度调节装置将被试IGBT模块的温度进行升高或降低调节，以调节至所需测试温度值。
作为本发明***的进一步改进：所述测试温度调节装置包括用于升高测试温度的加热模块、以及用于降低测试温度的制冷模块，测试时启动所述加热模块或所述制冷模块进行测试温度调节。
作为本发明***的进一步改进：所述加热模块包括加热板，所述加热板上设置有呈蜂巢状的多个连接孔，所述被试IGBT模块的基板中pinfin阵列匹配***至各个所述连接孔中，使得被试IGBT模块的基板与所述加热板充分接触。
作为本发明***的进一步改进：所述连接孔与***的所述pinfin阵列之间填充有可加热介质。
作为本发明***的进一步改进：所述加热模块包括加热板以及中间转接层，所述中间转接层上设置有呈蜂巢状的多个连接孔，所述加热板通过所述中间转接层与所述被试IGBT模块的基板连接，所述被试IGBT模块的基板中pinfin阵列匹配***至各个所述连接孔中，使得被试IGBT模块的基板与所述加热板充分接触。
作为本发明***的进一步改进：所述制冷模块为可调液冷散热***。
作为本发明***的进一步改进：还包括与所述加热模块、制冷模块连接的控制模块，用于获取控制指令，控制启动所述加热模块或制冷模块。
作为本发明***的进一步改进：所述测试回路包括依次连接的直流电源单元、稳压单元、放电回路、被试IGBT模块以及可变负载单元，通过调节所述可变负载单元的输出负载调节所述被试IGBT模块的测试电压、测试电流。
作为本发明***的进一步改进：所述稳压单元包括稳压电容；所述放电回路包括控制开关以及放电电阻，通过所述控制开关控制接入所述放电电阻进行放电。
作为本发明***的进一步改进：所述驱动控制电路包括依次连接的双脉冲发生器单元、控制单元以及驱动单元，所述脉冲发生器单元生成所需双脉冲，通过所述控制单元产生对应的PWM信号后，通过所述驱动单元将所述PWM信号分别发送给被试IGBT模块的上管、下管以控制开断。
本发明进一步提供上述双脉冲测试***的测试方法，步骤包括：
S1. 获取所需执行测试的目标测试温度以及当前环境温度；
S2. 将获取到的目标测试温度与当前环境温度进行比较，若所述目标测试温度高于当前环境温度，控制启动所述测试温度调节装置中用于升高测试温度的加热模块，若所述目标测试温度低于当前环境温度，控制启动所述测试温度调节装置中用于降低测试温度的制冷模块；
S3. 当前环境温度达到目标测试温度后，启动所述测试回路提供所需测试电压、测试电流以及驱动控制电路提供所需双脉冲信号给被试IGBT模块，以测试被试IGBT在目标测试温度下的动态参数。
作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S3后还包括调节测试温度以及提供给被试IGBT模块的测试电压、测试电流，以测试得到不同测试温度下被试IGBT的动态参数曲线步骤。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1）本发明通过集成设置测试回路、驱动控制电路以及测试温度调节装置构成双脉冲测试***，可以分别对汽车级IGBT模块在高温、低温以及极端温度工况时进行双脉冲测试，能够同时满足汽车级IGBT模块的高温、低温以及极端高温或极端低温的双脉冲测试需求，从而测试得到不同温度对IGBT动态参数的影响，测试所得到的动态参数能够精确的反映IGBT模块的动态参数状态，从而保证汽车级IGBT在各类温度环境下的性能可靠性，且通过集成设置的方式，整个测试操作过程简单，能够方便的获取到测试数据，从而实现高效的双脉冲测试；
2）本发明进一步通过同时集成设置加热模块、制冷模块，当需要执行高温测试时，启动加热模块进行温度调节，当需要执行低温测试时，启动制冷模块进行温度调节，测试操作简单，可以同时满足高温、低温测试需求；
3）本发明进一步考虑汽车级IGBT模块的特殊结构，通过在加热板上设置有呈蜂巢状的多个连接孔，各个连接孔与被试IGBT模块的基板中pinfin阵列相互匹配，将被试IGBT模块的基板中pinfin阵列匹配***至各个连接孔中，使得被试IGBT模块的基板与加热板能够充分接触，有效提高加热效果，能够防备的精确达到所需的测试温度，从而保证双脉冲测试的测试精度。
附图说明
图1是本发明实施例1汽车用IGBT模块的双脉冲测试***的结构示意图。
图2是本发明实施例1中加热模块的结构示意图。
图3是本发明实施例1中测试回路、驱动控制电路的结构示意图。
图4是本发明实施例2中加热模块的结构示意图。
图例说明：1、测试回路；2、驱动控制电路；3、测试温度调节装置；31、加热模块；311、加热板；312、中间转接层；32、制冷模块；4、连接孔；5、被试IGBT模块的基板；51、pinfin阵列。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1：
如图1所示，本实施例汽车用IGBT模块的双脉冲测试***，包括集成设置有测试回路1、驱动控制电路2以及测试温度调节装置3，被试IGBT模块设置于测试回路1中，驱动控制电路2与被试IGBT模块的驱动端连接，测试时测试回路1提供可调的测试电压、测试电流给被试IGBT模块，驱动控制电路2提供所需双冲作为测试脉冲给被试IGBT模块，通过测试温度调节装置3将被试IGBT模块的温度进行升高或降低调节，以调节至所需测试温度值。
本实施例通过集成设置测试回路1、驱动控制电路2以及测试温度调节装置3构成双脉冲测试***，由测试回路1提供可调的测试电压、测试电流给被试IGBT模块，驱动控制电路2提供所需双冲作为测试脉冲给被试IGBT模块，结合测试温度调节装置3将被试IGBT模块的温度进行升高或降低调节，使得可以分别对汽车级IGBT模块在高温、低温以及极端温度工况时进行双脉冲测试，能够同时满足汽车级IGBT模块的高温、低温以及极端高温或极端低温的双脉冲测试需求，从而测试得到不同温度对IGBT动态参数的影响，如极限温度时对器件开通关断过程的影响，测试所得到的动态参数能够精确的反映IGBT模块的动态参数状态，从而保证汽车级IGBT在各类温度环境下的性能可靠性，且通过集成设置的方式，整个测试操作过程简单，能够方便的获取到测试数据，从而实现高效的双脉冲测试。
本实施例中，测试温度调节装置3包括用于升高测试温度的加热模块31、以及用于降低测试温度的制冷模块32，测试时启动加热模块31或制冷模块32进行测试温度调节。通过同时集成设置加热模块31、制冷模块32，当需要执行高温测试时，启动加热模块31进行温度调节，当需要执行低温测试时，启动制冷模块32进行温度调节，测试操作简单，可以同时满足高温、低温测试需求。
如图2所示，本实施例中加热模块31包括加热板311，加热板311为平面板结构，加热板311上设置有呈蜂巢状的多个连接孔4，即形成蜂窝式加热板，被试IGBT模块的基板5中pinfin阵列51匹配***至各个连接孔4中，使得被试IGBT模块的基板5与加热板311充分接触。
由于汽车级IGBT模块中IGBT为PINFIN结构，在模块的基板上分布有pinfin阵列51，即IGBT模块基片为不平整的结构，而传统的加热板通常为平面板结构，若直接将IGBT模块的基片设置于传统的加热板上，IGBT模块由于PINFIN结构会与加热板之间存在间隙，无法充分接触，使得加热效果差，难以精确达到所需测试的测试温度，导致双脉冲测试的结果存在较大的测试误差。本实施例通过考虑汽车级IGBT模块的特殊PINFIN结构，通过在加热板311上设置有呈蜂巢状的多个连接孔4，各个连接孔4与被试IGBT模块的基板5中pinfin阵列51相互匹配，将被试IGBT模块的基板5中pinfin阵列51匹配***至各个连接孔4中，使得被试IGBT模块的基板5与加热板311能够充分接触，即被试IGBT模块的基板5与加热板311之间可以无间隙接触，有效提高加热效果，能够方便的精确达到所需的测试温度，从而保证双脉冲测试的测试精度。
本实施例中，连接孔4与***的pinfin阵列51之间填充有可加热介质，介质具体可以采用油、高温液体或者高温膏状介质，也可以采用其他可加热介质。即在加热板311的蜂窝结构内与IGBT模块pinfin接触之间采用油、高温液体或者高温膏状介质进行填充，以实现各类高温的温度模拟。
通过上述结构的加热模块31，可以达到常温与175℃之间的高温模拟。
本实施例中，制冷模块32具体为可调液冷散热***，可调液冷散热***可通过控制来控制调节温度。可调液冷散热***具体可实现在常温至-40℃低温条件的温度调节，结合上述加热模块31，可以实现-40℃低温到175℃高温范围内的各温度工况下的模拟测试。
本实施例中，还包括与加热模块31、制冷模块32连接的控制模块，用于获取控制指令，控制启动加热模块31或制冷模块32，通过控制模块可以实现高温、低温测试的自动切换。
如图3所示，本实施例中测试回路1具体包括依次连接的直流电源单元、稳压单元、放电回路、被试IGBT模块以及可变负载单元，通过调节可变负载单元的输出负载调节被试IGBT模块的测试电压、测试电流；稳压单元具体为稳压电容，放电回路包括控制开关以及放电电阻，通过控制开关控制接入放电电阻进行放电。
如图3所示，本实施例中驱动控制电路2包括依次连接的双脉冲发生器单元、控制单元以及驱动单元，脉冲发生器单元生成所需双脉冲，通过控制单元产生对应的PWM信号后，通过驱动单元将PWM信号分别发送给被试IGBT模块的上管、下管以控制开断。双脉冲发生器单元具体通过在上位机中加载脉冲发生器功能的软件程序，双脉冲时间常数可根据实际需求调节设置，控制单元具体采用控制板，驱动单元具体采用驱动板。
工作时，由直流输入电源和稳压电容器作为直流能量输入，可调负载保证IGBT模块在各种电压、电流条件下开通关断工况的模拟，放电回路释放掉实验完成后电容器内部的存储能量后，由上位机发送双脉冲的逻辑下发给控制板，通过控制板产生双脉冲的PWM信号，下发给驱动板控制IGBT模块的上管或者下管的开通关断。
本实施例利用上述双脉冲测试***的测试方法，步骤包括：
S1. 获取所需执行测试的目标测试温度以及当前环境温度；
S2. 将获取到的目标测试温度与当前环境温度进行比较，若目标测试温度高于当前环境温度，控制启动用于升高测试温度的加热模块31，若目标测试温度低于当前环境温度，控制启动用于降低测试温度的制冷模块32；
S3. 当前环境温度达到目标测试温度后，启动测试回路1提供所需测试电压、测试电流以及驱动控制电路2提供所需双脉冲信号给被试IGBT模块，以测试被试IGBT在目标测试温度下的动态参数。
通过上述方法，能够方便的对汽车级IGBT模块执行所需高温、低温或极端高温、低温环境双脉冲测试，测试过程简单且测试效率高，且能够获取得到完整的不同温度对IGBT动态参数的影响。
本实施例中，步骤S3后还包括调节测试温度以及提供给被试IGBT模块的测试电压、测试电流，以测试得到不同测试温度下被试IGBT的动态参数曲线步骤，由不同测试温度下被试IGBT的动态参数曲线，可以直观的获取得到IGBT的动态参数与温度之间的关系以及变化趋势，从而可确定得到考虑温度环境条件的IGBT模块动态参数状态。
实施例2：
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例中加热模块31是包括加热板311以及中间转接层312，加热板311为平面板结构，中间转接层312上设置有呈蜂巢状的多个连接孔4，即增设一个蜂窝式转接层，加热板311通过中间转接层312与被试IGBT模块的基板5连接，被试IGBT模块的基板5中pinfin阵列51匹配***至各个连接孔4中，使得被试IGBT模块的基板5与加热板311充分接触。
本实施例通过增设蜂巢结构的中间转接层312来实现加热板311与被试IGBT模块的基板之间的匹配连接，可以无需改变加热板311的结构。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (9)
1.一种汽车用IGBT模块的双脉冲测试***，其特征在于包括集成设置有测试回路(1)、驱动控制电路(2)以及测试温度调节装置(3)，被试IGBT模块设置于所述测试回路(1)中，所述驱动控制电路(2)与所述被试IGBT模块的驱动端连接，测试时所述测试回路(1)提供可调的测试电压、测试电流给被试IGBT模块，所述驱动控制电路(2)提供所需双脉冲作为测试脉冲给被试IGBT模块，通过所述测试温度调节装置(3)将被试IGBT模块的温度进行升高或降低调节，以调节至所需测试温度值；
所述测试温度调节装置(3)包括用于升高测试温度的加热模块(31)、以及用于降低测试温度的制冷模块(32)，测试时启动所述加热模块(31)或所述制冷模块(32)进行测试温度调节；
所述加热模块(31)包括加热板(311)，所述加热板(311)上设置有呈蜂巢状的多个连接孔(4)，所述被试IGBT模块的基板(5)中pinfin阵列(51)匹配***至各个所述连接孔(4)中，使得被试IGBT模块的基板与所述加热板(311)充分接触；
所述连接孔(211)与***的所述pinfin阵列(51)之间填充有可加热介质。
2.根据权利要求1所述的汽车用IGBT模块的双脉冲测试***，其特征在于：所述加热模块(31)还包括中间转接层(312)，所述中间转接层(312)上设置有呈蜂巢状的多个连接孔(4)，所述加热板(311)通过所述中间转接层(312)与所述被试IGBT模块的基板(5)连接，所述被试IGBT模块的基板(5)中pinfin阵列(51)匹配***至各个所述连接孔(4)中，使得被试IGBT模块的基板(5)与所述加热板(311)充分接触。
3.根据权利要求1～2中任意一项所述的汽车用IGBT模块的双脉冲测试***，其特征在于，所述制冷模块(32)为可调液冷散热***。
4.根据权利要求1～2中任意一项所述的汽车用IGBT模块的双脉冲测试***，其特征在于，还包括与所述加热模块(31)、制冷模块(32)连接的控制模块，用于获取控制指令，控制启动所述加热模块(31)或制冷模块(32)。
5.根据权利要求1～2中任意一项所述的汽车用IGBT模块的双脉冲测试***，其特征在于，所述测试回路(1)包括依次连接的直流电源单元、稳压单元、放电回路、被试IGBT模块以及可变负载单元，通过调节所述可变负载单元的输出负载调节所述被试IGBT模块的测试电压、测试电流。
6.根据权利要求5所述的汽车用IGBT模块的双脉冲测试***，其特征在于，所述稳压单元包括稳压电容；所述放电回路包括控制开关以及放电电阻，通过所述控制开关控制接入所述放电电阻进行放电。
7.根据权利要求1～2中任意一项所述的汽车用IGBT模块的双脉冲测试***，其特征在于，所述驱动控制电路(2)包括依次连接的双脉冲发生器单元、控制单元以及驱动单元，所述脉冲发生器单元生成所需双脉冲，通过所述控制单元产生对应的PWM信号后，通过所述驱动单元将所述PWM信号分别发送给被试IGBT模块的上管、下管以控制开断。
8.利用权利要求1～7中任意一项汽车用IGBT模块的双脉冲测试***的测试方法，其特征在于，步骤包括：
S1.获取所需执行测试的目标测试温度以及当前环境温度；
S2.将获取到的目标测试温度与当前环境温度进行比较，若所述目标测试温度高于当前环境温度，控制启动所述测试温度调节装置(3)中用于升高测试温度的加热模块(31)，若所述目标测试温度低于当前环境温度，控制启动所述测试温度调节装置(3)中用于降低测试温度的制冷模块(32)；
S3.当前环境温度达到目标测试温度后，启动所述测试回路(1)提供所需测试电压、测试电流以及驱动控制电路(2)提供所需双脉冲信号给被试IGBT模块，以测试被试IGBT在目标测试温度下的动态参数。
9.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于：所述步骤S3后还包括调节测试温度以及提供给被试IGBT模块的测试电压、测试电流，以测试得到不同测试温度下被试IGBT的动态参数曲线步骤。
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