CN114062797B - 一种用于针状端子全桥型功率模块的动态测试板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于针状端子全桥型功率模块的动态测试板，属于功率模块测试领域，功率模块上设置有多个针状端子，测试板包括：设置在双层线路板上的直流母线接口、连接模块、驱动模块、解耦模块、电感接入模块以及测试模块；连接模块设置在双层线路板出口侧，包括与针状端子一一对应的多个连接孔；解耦模块由多个解耦支路并联组成，每个解耦支路由多个表贴式解耦电容串联形成，每个表贴式解耦电容两端并联有表贴式电阻；解耦模块与连接模块上插接的功率模块相连，且二者之间的距离小于预设阈值；直流母线接口、驱动模块、电感接入模块和测试模块分别与其对应的连接孔连接。动态测试板面积小、成本低、可灵活调整、耐高压，并提高了测试效果。

Description

一种用于针状端子全桥型功率模块的动态测试板

技术领域

本发明属于功率模块测试领域，更具体地，涉及一种用于针状端子全桥型功率模块的动态测试板。

背景技术

近年来，随着电力电子技术的发展，采用针状端子的功率模块得到了很大发展。功率模块的端子位置可以灵活调整，为模块设计带来了极大便利。动态测试作为全桥型功率模块测试中的重要组成部分，一般采用双脉冲测试方法，来测试某一半桥中各开关管的开关性能参数。

对于针状端子全桥型功率模块而言，其包含两个半桥支路，端子位置灵活多变，由此，对动态测试板具有更高的灵活布局要求。此外，传统的动态测试板包含大容量的电解电容、薄膜电容，使得动态测试板的面积较大，成本较高，在改变功率模块结构或更换测试模块时，需要更换动态测试板，原动态测试板上的电解电容、薄膜电容均无法再次利用，造成很大的浪费，增加了成本。有些全桥型功率模块电压较高，如英飞凌的全桥型功率模块电压等级可达1200V甚至1700V，这对测试板有较高要求。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种用于针状端子全桥型功率模块的动态测试板，其目的在于减小测试板面积，降低成本，提高设置灵活性以及耐高压性能，为功率模块提供较小的换流回路，提高其测试效果。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于针状端子全桥型功率模块的动态测试板，全桥型功率模块上设置有多个针状端子，动态测试板包括设置在双层线路板上的直流母线接口、连接模块、驱动模块、解耦模块、电感接入模块以及测试模块；所述连接模块设置在所述双层线路板的出口侧，包括多个连接孔，所述连接孔与所述多个针状端子一一对应；所述解耦模块包括多个并联的解耦支路，每个所述解耦支路包括多个串联的解耦子模块，每个所述解耦子模块由一个及以上的表贴式解耦电容和一个表贴式电阻并联后形成，所述解耦模块的两端分别连接主功率正端子和主功率负端子所对应的连接孔，且所述解耦模块与其连接的连接孔之间的距离小于预设阈值；所述直流母线接口、驱动模块、电感接入模块以及测试模块分别与其相应的针状端子所对应连接孔电连接。

更进一步地，所述直流母线接口位于所述双层线路板的入口处，其连接至设置有电解电容的直流母线，所述电解电容的容值大于第一预设值。

更进一步地，所述表贴式解耦电容和表贴式电阻位于所述双层线路板的中间区域，同一所述解耦支路中的多个表贴式电阻阻值相等，且所述表贴式电阻的阻值大于第二预设值。

更进一步地，所述测试板还包括：分流器，设置在所述双层线路板的中间区域，所述分流器的一端连接至所述解耦模块，所述分流器的另一端连接至所述主功率正端子或主功率负端子所对应的连接孔。

更进一步地，所述分流器为同轴分流器。

更进一步地，所述驱动模块包括一个驱动子模块，所述驱动子模块设置在所述全桥型功率模块中任一半桥的驱动端子所对应连接孔的一侧。

更进一步地，所述驱动模块包括两个驱动子模块，所述两个驱动子模块分别设置在所述全桥型功率模块中两个半桥的驱动端子所对应连接孔的一侧。

更进一步地，所述连接孔中设置有与所述针状端子相配合的弹簧座子。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

(1)将连接模块设置在线路板的出口侧区域，驱动模块、电感接入模块和测试模块围绕连接模块设置，便于灵活地根据功率模块的端子调整测试板结构；

(2)解耦模块中每个解耦支路由多个表贴式解耦电容串联形成，且为每个表贴式解耦电容并联设置表贴式电阻，提高了测试板的耐高压能力，可用于测试高压功率层模块，提高其适用范围；

(3)采用多个并联的表贴式解耦电容，不添加大容值的母线电解电容、薄膜电容，而是将动态测试板连接至设置有大容值电解电容的直流母线，从而可以减小动态测试板的面积，降低成本，且使得不同功率模块对应的动态测试板可以共用同一直流母线，进一步降低成本；

(4)将解耦模块与全桥型功率模块母线电压输入端子之间的距离设置为较小的值，使得解耦电容为功率模块提供较小的换流回路，降低换流回路寄生参数，提高测试效果；

(5)将连接模块设置为多个具有弹簧座子的连接孔，便于将针状端子全桥型功率模块***连接孔中以进行动态测试，提高测试方便性。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的用于针状端子全桥型功率模块的动态测试板的顶部布局结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的用于针状端子全桥型功率模块的动态测试板的底部布局结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的全桥型功率模块的外型结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的双层线路板上层铜层分布示意图；

图5为本发明一实施例提供的双层线路板下层铜层分布示意图；

图6为本发明一实施例提供的用于针状端子全桥型功率模块的动态测试板的测试电路示意图；

图7为本发明另一实施例提供的用于针状端子全桥型功率模块的动态测试板的顶部布局结构示意图；

图8为本发明另一实施例提供的用于针状端子全桥型功率模块的动态测试板的底部布局结构示意图；

图9为本发明另一实施例提供的用于针状端子全桥型功率模块的动态测试板的测试电路示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：

1为双层线路板，11为正电极铜层，12为负电极铜层，13为通孔阵列，14为上管驱动连接引线，15为下管驱动连接引线，16为功率模块侧负电极铜层，17为功率模块输出电极铜层，18为连接铜层，2为直流母线接口，21为直流母线接口正电极，22为直流母线接口负电极，3为连接模块，31为连接孔，41a为第一半桥上管驱动接口，41b为第一半桥下管驱动接口，41c为第二半桥上管驱动接口，41d为第二半桥下管驱动接口，5为解耦模块，51为解耦支路，511为解耦子模块，511a为表贴式解耦电容，511b为表贴式电阻，6为电感接入模块，61为正电极电感接口，62为负电极电感接口，63为第一输出电极电感接口，64为第二输出电极电感接口，7为测试模块，71a为主功率正电极测试点，71b为主功率负电极测试点，71c为第一主功率输出电极测试点，71d为第二主功率输出电极测试点，72a为第一半桥上管驱动电压测试点，72b为第一半桥下管驱动电压测试点，72c为第二半桥上管驱动电压测试点，72d为第二半桥下管驱动电压测试点，8为分流器，9为全桥型功率模块，91为主功率正端子，92为主功率负端子，93为主功率第一输出端子，94为主功率第二输出端子，95为第一半桥上管驱动端子，96为第一半桥下管驱动端子，97为第二半桥上管驱动端子，98为第二半桥下管驱动端子，99为热敏电阻端子。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

全桥型功率模块为全桥型电力电子电路，由两个半桥支路组成。每个半桥支路由上下两个开关管组成，每个开关管各反向并联一个二极管，各开关管在驱动信号的控制下接通或关断，以完成电能转换。两个半桥支路的直流正极和直流负极分别连接在一起，输出电极分别引出。参阅图3，全桥型功率模块9上设置的针状端子包括主功率正端子91、主功率负端子92、主功率第一输出端子93、主功率第二输出端子94、第一半桥上管驱动端子95、第一半桥下管驱动端子96、第二半桥上管驱动端子97、第二半桥下管驱动端子98、热敏电阻端子99。每个针状端子与全桥型功率模块中相应的电路元件相连，如第一半桥上管驱动端子95连接在功率模块第一半桥上开关管的栅极和源极，如图6所示，以将外部的驱动电压输入至第一半桥上开关管。

图1为本发明一实施例提供的用于针状端子全桥型功率模块的动态测试板的顶部布局结构示意图。参阅图1，结合图2-图6，对本实施例中的动态测试板进行详细说明。

当全桥型功率模块的两个半桥支路对称时，一般只需测试其中一个半桥支路上的开关管，此时，利用图1中的动态测试板测试全桥型功率模块，在保证测试完整性和准确性的基础上，降低测试成本。本实施例中，以动态测试板仅用于测试全桥型功率模块9的第一半桥支路为例进行说明。

参阅图1，用于针状端子全桥型功率模块的动态测试板包括设置在双层线路板1上的直流母线接口2、连接模块3、驱动模块、解耦模块5、电感接入模块6、测试模块7以及分流器8。双层线路板1为具有两层铜层的印制电路板。

连接模块3包括多个设置在双层线路板1中的连接孔31，连接孔31与全桥型功率模块9的针状端子一一对应，便于通过针状端子与连接孔31之间的插接将待测试的全桥型功率模块9接入动态测试板。具体地，参阅图1，连接模块3包括多个分别与主功率正端子91、主功率负端子92、主功率第一输出端子93、主功率第二输出端子94、第一半桥上管驱动端子95、第一半桥下管驱动端子96、第二半桥上管驱动端子97、第二半桥下管驱动端子98、热敏电阻端子99对应的连接孔31。本实施例中，连接模块3设置在双层线路板1的出口侧区域中，在连接模块3的周围设置驱动模块、电感接入模块6以及测试模块7。

本发明实施例中，每个连接孔31中设置有与针状端子相配合的弹簧座子。弹簧座子焊接在连接孔31中，全桥型功率模块的各个针状端子插接在其对应连接孔31的弹簧座子中，可以实现全桥型功率模块和动态测试板之间的弹性连接，并且便于插拔全桥型功率模块。进一步地，也可以将全桥型功率模块的各个针状端子焊接在其对应的连接孔31中，来实现全桥型功率模块和动态测试板之间的固定连接。

直流母线接口2位于双层线路板1的入口处，包括直流母线接口正电极21和直流母线接口负电极22，用于与直流母线相连，从而为动态测试板提供母线电压。直流母线接口2与其相应的针状端子所对应的连接孔31电连接。具体地，直流母线接口正电极21与主功率正端子91所对应连接孔31电连接，直流母线接口负电极22与主功率负端子92所对应连接孔31电连接。

本发明实施例中，直流母线接口2与设置有电解电容的直流母线相连，并且电解电容的容值大于第一预设值，以保证直流母线电压的稳定性。可以根据全桥型功率模块的具体应用场景设置上述第一预设值。

本实施例中，驱动模块包括一个驱动子模块，用来测试全桥型功率模块9中的一个半桥支路。仍以动态测试板仅用于测试第一半桥支路为例，驱动子模块包括两个设置在双层线路板1上的驱动接口，分别为第一半桥上管驱动接口41a和第一半桥下管驱动接口41b。第一半桥上管驱动接口41a与第一半桥上管驱动端子95对应连接孔31电连接，并且位于第一半桥上管驱动端子95所对应连接孔31一侧的旁边，便于与第一半桥上管驱动端子95连接，来将外接的上管驱动电压输入至第一半桥上开关管。第一半桥下管驱动接口41b与第一半桥下管驱动端子96对应连接孔31电连接，并且位于第一半桥下管驱动端子96所对应连接孔31一侧的旁边，便于与第一半桥下管驱动端子96连接，来将外接的下管驱动电压输入至第一半桥下开关管。

解耦模块5包括多个并联的解耦支路51，每个解耦支路51包括多个串联的解耦子模块511，每个解耦子模块511由一个及以上的表贴式解耦电容和一个表贴式电阻并联后形成。如图1所示，每个解耦子模块511例如由四个表贴式解耦电容511a并联之后，再与一个表贴式电阻511b并联后形成，使得解耦子模块511具有更大的容值，从而保证解耦效果和测试效果。对于高压功率模块，例如将两个解耦子模块511串联后形成一个解耦支路51，进行分压，提高测试板的耐压能力，保证其符合耐压要求；例如将上述两个解耦支路51并联后形成图1中示出的解耦模块5。该动态测试板仅使用表贴式解耦电容，而大容值的母线电解电容采用外接的方式连接，减小了测试板的面积，降低了成本。

解耦模块5中的表贴式解耦电容和表贴式电阻位于双层线路板1的中间区域，如图2所示。同一解耦支路51中的多个表贴式电阻阻值相等，即串联在一起的多个表贴式电阻阻值相等，从而保证上述多个串联的解耦子模块511上分得的电压相等。每个表贴式电阻的阻值大于第二预设值，从而将表贴式电阻的功耗限制为较小的值。可以根据全桥型功率模块的具体应用场景设置上述第二预设值。

解耦模块5的两端分别连接至直流母线接口正电极21和直流母线接口负电极22。解耦电容5的两端还分别与主功率正端子91和主功率负端子92所对应连接孔31电连接，并且，解耦电容5与主功率正端子91和主功率负端子92所对应连接孔31之间的距离小于预设阈值，以保证解耦电容5靠近动态测试板上的全桥型功率模块，从而为全桥型功率模块提供较小的换流回路，降低换流回路寄生参数，提高测试效果。可以根据具体应用场景及动态测试板的尺寸参数设置上述预设阈值。

电感接入模块6包括多个设置在双层线路板1上的电感接口。仍以动态测试板仅用于测试第一半桥支路为例，电感接入模块6包括正电极电感接口61、负电极电感接口62和第一输出电极电感接口63，正电极电感接口61连接至主功率正端子91所对应的连接孔31，负电极电感接口62连接至主功率负端子92所对应的连接孔31，第一输出电极电感接口63连接至主功率第一输出端子93所对应的连接孔31，以将测试电感接入第一半桥支路。

测试模块7包括多个测试点，该多个测试点与其相应的针状端子所对应的连接孔31电连接。具体地，测试模块7包括主功率测试点和驱动电压测试点。

仍以动态测试板仅用于测试第一半桥支路为例，主功率测试点包括主功率正电极测试点71a、主功率负电极测试点71b以及第一主功率输出电极测试点71c。主功率正电极测试点71a与主功率正端子91所对应连接孔31电连接；主功率负电极测试点71b与主功率负端子92所对应连接孔31电连接；第一主功率输出电极测试点71c与主功率第一输出端子93所对应连接孔31电连接。通过主功率正电极测试点71a和第一主功率输出电极测试点71c测量第一半桥上开关管的电压；通过主功率负电极测试点71b和第一主功率输出电极测试点71c测量第一半桥下开关管的电压。

驱动电压测试点包括第一半桥上管驱动电压测试点72a和第一半桥下管驱动电压测试点72b。第一半桥上管驱动电压测试点72a与第一半桥上管驱动端子95所对应连接孔31电连接，并且位于该连接孔31的一侧且靠近该连接孔31；第一半桥下管驱动电压测试点72b与第一半桥下管驱动端子96所对应连接孔31电连接，并且位于该连接孔31的一侧且靠近该连接孔31。通过第一半桥上管驱动电压测试点72a测量第一半桥上开关管的驱动电压；通过第一半桥下管驱动电压测试点72b测量第一半桥下开关管的驱动电压。

分流器8设置在双层线路板1的中间区域，与解耦模块5并排设置。分流器8的一端连接至解耦模块5，分流器8的另一端连接至主功率正端子91或主功率负端子92所对应的连接孔31。具体地，分流器8的一端例如与连接在直流母线接口负电极22上解耦模块5的一端相连，分流器8的另一端与主功率负端子92所对应的连接孔31连接；或者，分流器8的一端例如与连接在直流母线接口正电极21上解耦模块5的一端相连，分流器8的另一端与主功率正端子91所对应的连接孔31连接。分流器8为同轴分流器，便于外接示波器测量全桥型功率模块的电流。

参阅图4和图5，图中黑色阴影部分表示双层线路板1上的铜层。直流母线接口正电极21通过图4中示出的正电极铜层11、通孔阵列13、图5中示出的正电极铜层11连接至正电极电感接口61，并与主功率正端子91相连。直流母线接口负电极22通过负电极铜层12与分流器8的底部电极相连；分流器8的顶部电极通过功率模块侧负电极铜层16连接至主功率负端子92。上管驱动连接引线14将第一半桥上管驱动电压测试点72a、第一半桥上管驱动接口41a和第一半桥上管驱动端子95连接在一起。下管驱动连接引线15将第一半桥下管驱动电压测试点72b、第一半桥下管驱动接口41b和第一半桥下管驱动端子96连接在一起。功率模块输出电极铜层17将主功率第一输出端子93第一输出电极电感接口63连接在一起。串联在一起的解耦子模块511中的表贴式解耦电容通过连接铜层18串接在一起，并分别与表贴式电阻并联。解耦模块5跨接在正电极铜层11和负电极铜层12之间。

参阅图6，对本实施例中动态测试板的测试过程进行说明。将待测试的全桥型功率模块的针状端子插接在连接孔31中，以将全桥型功率模块安装在动态测试板上。当测试第一半桥的下开关管参数时，在正电极电感接口61和第一输出电极电感接口63之间接入测试电感，在第一半桥下管驱动接口41b中接入下管驱动电压，以给第一半桥下开关管提供两次开通信号，提供第一个开通信号时，第一半桥下开关管导通，母线电压施加在测试电感上，测试电感电流上升，通过控制第一个开通信号的时间来控制第一个信号结束时第一半桥下开关管上流过的电流，在第一个开通信号结束时，测试电感电流从第一半桥下开关管转移到第一半桥上开关管反并联二极管上，测量主功率负电极测试点71b和第一主功率输出电极测试点71c之间的电压，从分流器8测量得到电流，测量第一半桥下管驱动电压测试点72b的电压，得到第一半桥下开关管在某一电流下关断时的参数；之后，测试电感电流通过第一半桥上开关管的反并联二极管续流，电流大小几乎不变，提供第二个开通信号时，第一半桥下开关管导通，测试电感电流从第一半桥上开关管反并联二极管转移到第一半桥下开关管，第一半桥下开关管电流从0上升至第一个开通信号结束时的电流值，测量主功率负电极测试点71b和第一主功率输出电极测试点71c之间的电压，从分流器8测量得到电流，测量第一半桥下管驱动电压测试点72b的电压，得到第一半桥下开关管在上述某一电流下开通时的参数。当测试全桥型功率模块的上开关管参数时，在负电极电感接口62和第一输出电极电感接口63之间接入测试电感，在第一半桥上管驱动接口41a中接入第一半桥上管驱动电压，测量主功率正电极测试点71a和第一主功率输出电极测试点71c之间的电压，从分流器8测量得到电流，测量第一半桥上管驱动电压测试点72a的电压，得到第一半桥上开关管在某一电流下关断时的参数以及开通时的参数，其具体测试过程及原理与第一半桥下开关管测试相似，此处不再赘述。

图7为本发明另一实施例提供的用于针状端子全桥型功率模块的动态测试板的顶部布局结构示意图。参阅图7，结合图8-图9，对本实施例中的动态测试板进行详细说明。

当全桥型功率模块的两个半桥支路极其不对称时，需要对这两个半桥支路上的开关管都进行测试，此时，利用图7中的动态测试板测试全桥型功率模块，以保证测试准确性及完整性。

参阅图7-图8，与图1所示动态测试板不同的是，本实施例中动态测试板的驱动模块包括两个驱动子模块。其中一个驱动子模块包括第一半桥上管驱动接口41a和第一半桥下管驱动接口41b，用来驱动第一半桥的上下开关管。另一个驱动子模块包括第二半桥上管驱动接口41c和第二半桥下管驱动接口41d，用来驱动第二半桥的上下开关管。第二半桥上管驱动接口41c与第二半桥上管驱动端子97对应的连接孔31连接，第二半桥下管驱动接口41d与第二半桥下管驱动端子98对应的连接孔31连接，如图9所示。此外，电感接入模块6还包括第二输出电极电感接口64，用于连接第二半桥支路的测试电感。

与图1所示动态测试板不同的是，本实施例中，主功率测试点还包括第二主功率输出电极测试点71d，用来测试第二半桥上下管的电压；驱动电压测试点还包括第二半桥上管驱动电压测试点72c和第二半桥下管驱动电压测试点72d，用来测试第二半桥上下管的驱动电压。第二主功率输出电极测试点71d与主功率第二输出端子94对应的连接孔31连接，第二半桥上管驱动电压测试点72c与第二半桥上管驱动端子97对应的连接孔31连接，第二半桥下管驱动电压测试点72d与第二半桥下管驱动端子98对应的连接孔31连接，如图9所示。

本实施例中动态测试板中的其他结构与图1所示实施例中相应结构相同，且每个半桥支路上下开关管的测试过程与图1所示实施例中第一半桥支路上下开关管的测试过程相同，此处不再赘述。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于针状端子全桥型功率模块的动态测试板，全桥型功率模块(9)上设置有多个针状端子，其特征在于，所述动态测试板包括设置在双层线路板(1)上的直流母线接口(2)、连接模块(3)、驱动模块、解耦模块(5)、电感接入模块(6)以及测试模块(7)；

所述连接模块(3)设置在所述双层线路板(1)的出口侧，包括多个连接孔(31)，所述连接孔(31)与所述多个针状端子一一对应；

所述解耦模块(5)包括多个并联的解耦支路(51)，每个所述解耦支路(51)包括多个串联的解耦子模块(511)，每个所述解耦子模块(511)由一个及以上的表贴式解耦电容和一个表贴式电阻并联后形成，所述解耦模块(5)的两端分别连接主功率正端子(91)和主功率负端子(92)所对应的连接孔(31)，且所述解耦模块(5)与其连接的连接孔(31)之间的距离小于预设阈值；

所述直流母线接口(2)、驱动模块、电感接入模块(6)以及测试模块(7)分别与其相应的针状端子所对应连接孔(31)电连接；

所述测试板还包括：

分流器(8)，设置在所述双层线路板(1)的中间区域，所述分流器(8)的一端连接至所述解耦模块(5)，所述分流器(8)的另一端连接至所述主功率正端子(91)或主功率负端子(92)所对应的连接孔(31)。

2.如权利要求1所述的用于针状端子全桥型功率模块的动态测试板，其特征在于，所述直流母线接口(2)位于所述双层线路板(1)的入口处，其连接至设置有电解电容的直流母线，所述电解电容的容值大于第一预设值。

3.如权利要求1所述的用于针状端子全桥型功率模块的动态测试板，其特征在于，所述表贴式解耦电容和表贴式电阻位于所述双层线路板(1)的中间区域，同一所述解耦支路(51)中的多个表贴式电阻阻值相等，且所述表贴式电阻的阻值大于第二预设值。

4.如权利要求1所述的用于针状端子全桥型功率模块的动态测试板，其特征在于，所述分流器(8)为同轴分流器。

5.如权利要求1所述的用于针状端子全桥型功率模块的动态测试板，其特征在于，所述驱动模块包括一个驱动子模块，所述驱动子模块设置在所述全桥型功率模块(9)中任一半桥的驱动端子所对应连接孔(31)的一侧。

6.如权利要求1所述的用于针状端子全桥型功率模块的动态测试板，其特征在于，所述驱动模块包括两个驱动子模块，所述两个驱动子模块分别设置在所述全桥型功率模块(9)中两个半桥的驱动端子所对应连接孔(31)的一侧。

7.如权利要求1-6任一项所述的用于针状端子全桥型功率模块的动态测试板，其特征在于，所述连接孔(31)中设置有与所述针状端子相配合的弹簧座子。