CN208060663U - 功率模块循环测试电路及测试设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种功率模块循环测试电路及功率模块测试设备，其中该功率模块循环测试电路，功率模块包括上桥臂功率管及下桥臂功率管，功率模块循环测试电路包括测试电源、电压采集装置及控制器；测试电源的第一输出端及第二输出端并联于待测试的功率模块的母线的两端，电压采集装置的采样端与功率模块中每个功率管的输出端分别连接，电压采集装置还与测试电源的第一输出端及第二输出端分别连接；电压采集装置受控端的还与控制器的控制端连接；控制器的控制端还与功率模块的受控端连接；电压采集装置采集测试过程中上桥臂两端及下桥臂两端的电压，控制器接收电压以对功率模块进行测试。本实用新型技术方案简化电路结构、降低了成本。

Description

功率模块循环测试电路及测试设备

技术领域

本实用新型涉及功率模块测试技术领域，特别涉及一种功率模块循环测试电路及测试设备。

背景技术

随着工业领域中电力电子器件应用的进一步扩展，耐大电流、耐高压、高速和低饱和压降的IGBT器件的应用日益广泛。但伴随着功耗加大的同时，也带来了结温过高的问题，这对IGBT器件的可靠性提出了更高的要求，也意味着对IGBT器件的散热设计、散热性能提出了进一步的要求。为了满足IGBT产品长寿命化的要求，可以通过功率循环实验这种可靠性测试，对IGBT产品的质量水平进行检测。

在功率循环实验中，在应用的环境下模拟被测IGBT器件电源接通和关断，由于被测IGBT器件封装内部将产生不均匀的温度分布，而封装内部不同材料间的热膨胀系数不同会产生热-机械应力，并且会引起材料与发热相关的恶化降级，从而造成被测IGBT器件的失效。通过对实验中电性参数的测量、读取和分析，可以评估被测IGBT器件封装内部随着功率循环实验进行而发生的降级过程，并对被测IGBT器件的封装水平进行检测。常见测试是对单个IGBT器件的功率循环测试是在器件集电极和发射极间通以恒定电流，当IGBT开通时，结温上升到一定温度，此时关断IGBT，等待结温下降后，再次开通IGBT，如此反复循环一定次数，考察IGBT的性能变化，但是智能功率模块一般封装有六个IGBT，现有功率模块测试设备是对这六个IGBT单独测量，单独考察其性能，导致其测试电路复杂。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种功率模块循环测试电路，旨在简化电路。

为实现上述目的，本实用新型提出的功率模块循环测试电路，所述功率模块包括上桥臂功率管及下桥臂功率管，所述功率模块循环测试电路包括测试电源、电压采集装置及控制器；

所述测试电源的第一输出端及第二输出端并联于待测试的功率模块的母线的两端，所述所述电压采集装置的采样端与所述功率模块中每个功率管的输出端分别连接；所述电压采集装置的受控端还与所述控制器的控制端连接；所述控制器的驱动端与所述功率模块的受控端连接；

所述电压采集装置用于采集测试过程中上桥臂功率管栅源两端及下桥臂功率管栅源两端的电压，所述控制器接收所述电压以对功率模块进行测试。

优选地，所述控制器包括第一相上桥臂驱动端、第二相上桥臂驱动端、第三相上桥臂驱动端、第一相下桥臂驱动端、第二相下桥臂驱动端、及第三相下桥臂驱动端；所述功率模块包括第一相上桥臂受控端、第二相上桥臂受控端、第三相上桥臂受控端、第一相下桥臂受控端、第二相下桥臂受控端、及第三相下桥臂受控端；

所述控制器的第一相上桥臂驱动端与所述功率模块的第一相上桥臂受控端连接，所述控制器的第二相上桥臂驱动端与所述功率模块第二相上桥臂受控端连接，所述控制器的第三相上桥臂驱动端与所述功率模块的第三相上桥臂受控端连接，所述控制器的第一相下桥臂驱动端与所述功率模块的第一相下桥臂受控端连接，所述控制器的第二相下桥臂驱动端与所述功率模块的第二相下桥臂受控端连接，所述控制器的第三相下桥臂驱动端与所述功率模块的第三相下桥臂受控端。

优选地，所述功率模块还包括上桥驱动芯片，所述三相上桥臂功率管包括第一上桥臂功率管、第二上桥臂功率管及第三上桥臂功率管；其中

所述上桥驱动芯片的第一驱动端与所述第一上桥臂功率管的栅极连接，所述上桥驱动芯片的第二驱动端与所述第二上桥臂功率管的栅极连接，所述上桥驱动芯片的第三驱动端与所述第三上桥臂功率管的栅极连接；所述上桥驱动芯片还与所述控制器连接；

所述第一上桥臂功率管的漏极、第二上桥臂功率管的漏极及第三上桥臂功率管的漏极相互连接；所述第一上桥臂功率管的源极和漏极与所述电压采集装置的采样端分别连接，所述第二上桥臂功率管的源极及第三上桥臂功率管的源极与所述电压采集装置的采样端分别连接。

优选地，所述功率模块还包括下桥驱动芯片，所述三相下桥臂功率管包括第一下桥臂功率管、第二下桥臂功率管及第三下桥臂功率管；

所述下桥驱动芯片的第一驱动端与所述第一下桥臂功率管的栅极连接，所述下桥驱动芯片的第二驱动端与所述第二下桥臂功率管的栅极连接，所述下桥驱动芯片的第三驱动端与所述第三下桥臂功率管的栅极连接；所述下桥驱动芯片还与所述控制器连接；

所述第一下桥臂功率管的漏极与所述第一上桥臂功率管的漏极连接，所述第二下桥臂功率管漏极与所述第二上桥臂功率管的漏极连接，所述第三下桥臂功率管漏极与与所述第三上桥臂功率管的漏极连接；

所述第一上桥臂功率管的源极、所述第二上桥臂功率管的源极及第三上桥臂功率管的源极与所述电压采集装置的采样端与所述电压采集装置的采样端分别连接。

优选地，包括所述电压采集装置包括第一智能电压表及第二智能电压表；所述第一智能电压表的第一采样端与所述第一上桥臂功率管的漏极连接，所述第一智能电压表的第二采样端与所述第一上桥臂功率管的源极、第二上桥臂功率管的源极及第三上桥臂功率管的源极分别连接；

所述第二智能电压表的第一采样端与所述第一智能电压表的第二采样端连接，所述第二智能电压表的第二采样端与所述第一下桥臂功率管的源极、所述第二下桥臂功率管源极及所述第三下桥臂功率管源极分别连接。

优选地，所述测试电源的为直流电源，所述测试电源的正极与所述第一上桥臂功率管的漏极连接，所述测试电源的负极与所述第三下桥臂功率管源极连接。

优选地，所述功率模块循环测试电路还包括上位机，所述上位机与所述控制器连接。

优选地，所述上位机为电脑。

为实现上述目的，本实用新型还提出一种功率模块测试设备，所述功率模块测试设备包括如上所述的功率模块循环测试电路。该功率模块循环测试电路，所述功率模块包括上桥臂功率管及下桥臂功率管，所述功率模块循环测试电路包括测试电源、电压采集装置及控制器；所述测试电源的第一输出端及第二输出端并联于待测试的功率模块的母线的两端，所述所述电压采集装置的采样端与所述功率模块中每个功率管的输出端分别连接，所述电压采集装置还与所述测试电源的第一输出端及第二输出端分别连接；所述电压采集装置受控端的还与所述控制器的控制端连接；所述控制器的驱动端与所述功率模块的受控端连接；所述电压采集装置采集测试过程中上桥臂两端及下桥臂两端的电压，所述控制器接收所述电压以对功率模块进行测试。

本实用新型技术方案中的功率模块测试电路测试电源、电压采集装置及控制器。所述测试电源的第一输出端及第二输出端并联于待测试的功率模块的母线的两端，所述所述电压采集装置的采样端与所述功率模块中每个功率管的输出端分别连接，所述电压采集装置还与所述测试电源的第一输出端及第二输出端分别连接；所述电压采集装置受控端的还与所述控制器的控制端连接；所述控制器的控制端还与所述功率模块的受控端连接。通过电压采集装置对待测试的功率模块的上桥臂电压及下桥臂电压进行检测，再将检测的电压发送至控制器进行处理，实现了一种功率模块测试电路。本实用新型技术方案具有结构简单，成本较低的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型功率模块循环测试电路一实施例的功能模块图；

图2为本实用新型功率模块循环测试电路一实施例的电路结构示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种功率模块循环测试电路。

参照图1，在本实用新型实施例中，该功率模块循环测试电路，所述功率模块100包括上桥臂功率管及下桥臂功率管，所述功率模块循环测试电路包括测试电源300、电压采集装置200及控制器100。进一步地，所述功率模块循环测试电路还包括上位机400，所述上位机400与所述控制器100连接。上位机400可采用电脑实现。

本实施例中，测试电源300采用直流电源，用于为功率模块100提供测试所需的电压。待测试的功率模块100中包括有6个IGBT功率管。其中，上桥臂功率管包括有三个3个IGBT功率管，下桥臂功率管包括有3个IGBT功率管。控制器100可为单片机、DSP等芯片，及相应的***电路构成。

本实施例中，功率模块循环测试电路的拓扑结构为：所述测试电源300的第一输出端及第二输出端并联于待测试的功率模块100的母线的两端，所述所述电压采集装置200的采样端与所述功率模块100中每个功率管的输出端分别连接，所述电压采集装置200还与所述测试电源300的第一输出端及第二输出端分别连接；所述电压采集装置200受控端的还与所述控制器100的控制端连接；所述控制器100的驱动端与所述功率模块100的受控端连接。

所述电压采集装置200用于采集测试过程中上桥臂两端及下桥臂两端的电压，所述控制器100接收所述电压以对功率模块100进行测试。需要说明的是，在测试过程中，上桥臂3个IGBT并联为一个整体，下桥臂3个IGBT并联为一个整体，上桥和下桥串联。测试时，将IGBT分为3组，每一组包括2个IGBT，且每一组的两个IGBT不在同一相中。

在一测试方法中，开通1组中的2个IGBT，同时通过测试电源300施加预设电流，实时记录上桥臂和下桥臂的电压，保持一段时间后关断这2个IGBT，通过采集的电压生成对应IGBT的结温变化曲线，根据结温变化曲线判断IGBT是否正常工作，若IGBT正常，则继续开通另外一组，直到有IGBT损坏位为止；若IGBT损坏，则测试结束。

在另一测试方法中，按照一定的顺序，依次开通一组IGBT，通过测试电源300施加预设电流，实时记录上桥臂和下桥臂的电压，保持一段时间后关断这2个IGBT。循环进行测试，设定循环次数，当循环测试到达时，结束测试。

需要说明的是，上位机400中安装有相应的测试软件，以控制测试过程按照预设的步骤进行。生成的结温曲线、实时上桥臂及下桥臂的电压等参数或曲线图形均显示于上位机400中，测试者可通过上位机400下发测试指令，观测测试结果。

本实用新型技术方案中的功率模块100测试电路测试电源300、电压采集装置200及控制器100。所述测试电源300的第一输出端及第二输出端并联于待测试的功率模块100的母线的两端，所述电压采集装置200的采样端与所述功率模块100中每个功率管的输出端分别连接，所述电压采集装置200还与所述测试电源300的第一输出端及第二输出端分别连接；所述电压采集装置200受控端的还与所述控制器100的控制端连接；所述控制器100的控制端还与所述功率模块100的受控端连接。通过电压采集装置200对待测试的功率模块100的上桥臂电压及下桥臂电压进行检测，再将检测的电压发送至控制器100进行处理，实现了一种功率模块100测试电路。本实用新型技术方案具有结构简单，成本较低的优点。

具体地，所述控制器100包括第一相上桥臂驱动端(未标示)、第二相上桥臂驱动端(未标示)、第三相上桥臂驱动端(未标示)、第一相下桥臂驱动端(未标示)、第二相下桥臂控制(未标示)、及第三相下桥臂驱动端(未标示)；所述功率模块100包括第一相上桥臂受控端IN(UH)、第二相上桥臂受控端IN(VH)、第三相上桥臂受控端IN(WH)、第一相下桥臂受控端IN(UL)、第二相下桥臂受控端IN(VL)、及第三相下桥臂受控端IN(WL)。

所述控制器的第一相上桥臂驱动端与所述功率模块的第一相上桥臂受控端IN(UH)连接，所述控制器的第二相上桥臂驱动端与所述功率模块第二相上桥臂受控端IN(VH)连接，所述控制器的第三相上桥臂驱动端与所述功率模块的第三相上桥臂受控端IN(WH)连接，所述控制器的第一相下桥臂驱动端与所述功率模块的第一相下桥臂受控端IN(UL)连接，所述控制器的第二相下桥臂驱动端与所述功率模块的第二相下桥臂受控端IN(VL)连接，所述控制器的第三相下桥臂驱动端与所述功率模块的第三相下桥臂受控端IN(WL)连接。

参照图2，控制器100通过第一相上桥臂驱动端至三相下桥臂驱动端共6个驱动端输出IGBT驱动信号，驱动6个IGBT按照实际工况时的导通顺序进行工作。

具体地，所述功率模块100还包括上桥驱动芯片IC-HS，所述三相上桥臂功率管包括第一上桥臂功率管101、第二上桥臂功率管103及第三上桥臂功率管105；所述上桥驱动芯片IC-HS的第一驱动端与所述第一上桥臂功率管101的栅极连接，所述上桥驱动芯片IC-HS的第二驱动端与所述第二上桥臂功率管103的栅极连接，所述上桥驱动芯片IC-HS的第三驱动端与所述第三上桥臂功率管105的栅极连接。

所述上桥驱动芯片IC-HS还与所述控制器100连接，以接收来自控制器100的驱动信号。所述第一上桥臂功率管101的漏极、第二上桥臂功率管103的漏极及第三上桥臂功率管105的漏极相互连接；所述第一上桥臂功率管101的源极和漏极与所述电压采集装置200的采样端分别连接，所述第二上桥臂功率管103的源极及第三上桥臂功率管105的源极与所述电压采集装置200的采样端分别连接。

所述功率模块100还包括下桥驱动芯片IC-LS，所述三相下桥臂功率管包括第一下桥臂功率管102、第二下桥臂功率管104及第三下桥臂功率管106。所述下桥驱动芯片IC-LS的第一驱动端与所述第一下桥臂功率管102的栅极连接，所述下桥驱动芯片IC-LS的第二驱动端与所述第二下桥臂功率管的104栅极连接，所述下桥驱动芯片IC-LS的第三驱动端与所述第三下桥臂功率管106的栅极连接，所述下桥驱动芯片IC-LS还与所述控制器100连接，以接收来自控制器100的驱动信号。

所述第一下桥臂功率管102的漏极与所述第一上桥臂功率管101的漏极连接，所述第二下桥臂功率管104漏极与所述第二上桥臂功率管103的漏极连接，所述第三下桥臂功率管106漏极与与所述第三上桥臂功率管105的漏极连接。

所述第一上桥臂功率管101的源极、所述第二上桥臂功率管103的源极及第三上桥臂功率管105的源极与所述电压采集装置200的采样端分别连接。

具体地，包括所述电压采集装置200包括第一智能电压表210及第二智能电压表220；所述第一智能电压表210的第一采样端与所述第一上桥臂功率管101的漏极连接，所述第一智能电压表210的第二采样端与所述第一上桥臂功率管101的源极、第二上桥臂功率管103的源极及第三上桥臂功率管105的源极分别连接。所述第二智能电压表220的第一采样端与所述第一智能电压表210的第二采样端连接，所述第二智能电压表220的第二采样端与所述第一下桥臂功率管102的源极、所述第二下桥臂功率管104源极及所述第三下桥臂功率管106源极分别连接。

易于理解的是，第一智能电压表210用于对上桥臂的电压进行采集，第二智能电压表220用于对下桥臂的电压进行采集。第一智能电压表210及第二智能电压表220能够与控制器100进行通信，以将采集的电压数据传输至控制器100进行处理。

进一步地，所述测试电源300的为直流电源，所述测试电源300的正极与所述第一上桥臂功率管101的漏极连接，所述测试电源300的负极与所述第三下桥臂功率管106源极连接。

现结合图2，对本实用新型技术方案做进一步阐述：

在一具体实施例中，6个IGBT分别由IN(UH)、IN(VH)、IN(WH)、IN(UL)、IN(VL)、IN(WL)端口控制，这6个端口连接至控制器100，并由电脑(103)统一控制。上桥3个IGBT并联为一个整体，下桥3个IGBT并联为一个整体，上桥和下桥串联。

测试流程包括以下步骤：

由电脑命令控制器100输出5V电压到IN(UH)和IN(VL)端口。

开通上桥和下桥不在同一路的两个IGBT，例如将UH和VL IGBT开通，电流源输出一个15A的电流流过IGBT，使IGBT的温度升高。同时开通的两个IGBT的组合包括以下组合中的一种：UH+VL、UH+WL、VH+UL、VH+WL、WH+UL、WH+VL。

经过10秒之后，IGBT的温度到达约125℃，此时电流源改为输出1mA的电流，IGBT的结温缓慢下降，经过约20秒后回到25℃。

电压采集装置200记录降温过程中的电压变化，通过器件的k系数推算出结温的变化曲线。若器件正常工作，其结温变化曲线会与标定时一致，否则说明器件损坏。

随后，开始测试另外一种IGBT组合，例如UH+WL IGBT，直到所有组合测试完，然后又重新循环。直到有IGBT出现故障，此时的测试次数即该智能功率模块100的功率循环测试寿命。

本实用新型还提出一种功率模块测试设备，该功率模块测试设备包括功率模块循环测试电路，该功率模块循环测试电路的具体结构参照上述实施例，由于本功率模块测试设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种功率模块循环测试电路，所述功率模块包括上桥臂功率管及下桥臂功率管，其特征在于，所述功率模块循环测试电路包括测试电源、电压采集装置及控制器；

所述测试电源的第一输出端及第二输出端并联于待测试的功率模块的母线的两端，所述电压采集装置的采样端与所述功率模块中每个功率管的输出端分别连接；所述电压采集装置的受控端还与所述控制器的控制端连接；所述控制器的驱动端与所述功率模块的受控端连接；

所述电压采集装置用于采集测试过程中上桥臂功率管栅源两端及下桥臂功率管栅源两端的电压，所述控制器接收所述电压以对功率模块进行测试。

2.如权利要求1所述的功率模块循环测试电路，其特征在于，所述控制器包括第一相上桥臂驱动端、第二相上桥臂驱动端、第三相上桥臂驱动端、第一相下桥臂驱动端、第二相下桥臂驱动端及第三相下桥臂驱动端；所述功率模块包括第一相上桥臂受控端、第二相上桥臂受控端、第三相上桥臂受控端、第一相下桥臂受控端、第二相下桥臂受控端及第三相下桥臂受控端；

所述控制器的第一相上桥臂驱动端与所述功率模块的第一相上桥臂受控端连接，所述控制器的第二相上桥臂驱动端与所述功率模块第二相上桥臂受控端连接，所述控制器的第三相上桥臂驱动端与所述功率模块的第三相上桥臂受控端连接，所述控制器的第一相下桥臂驱动端与所述功率模块的第一相下桥臂受控端连接，所述控制器的第二相下桥臂驱动端与所述功率模块的第二相下桥臂受控端连接，所述控制器的第三相下桥臂驱动端与所述功率模块的第三相下桥臂受控端。

3.如权利要求2所述的功率模块循环测试电路，其特征在于，所述功率模块还包括上桥驱动芯片，所述三相上桥臂功率管包括第一上桥臂功率管、第二上桥臂功率管及第三上桥臂功率管；其中

所述上桥驱动芯片的第一驱动端与所述第一上桥臂功率管的栅极连接，所述上桥驱动芯片的第二驱动端与所述第二上桥臂功率管的栅极连接，所述上桥驱动芯片的第三驱动端与所述第三上桥臂功率管的栅极连接；所述上桥驱动芯片还与所述控制器连接；

所述第一上桥臂功率管的漏极、第二上桥臂功率管的漏极及第三上桥臂功率管的漏极相互连接；所述第一上桥臂功率管的源极和漏极与所述电压采集装置的采样端分别连接，所述第二上桥臂功率管的源极及第三上桥臂功率管的源极与所述电压采集装置的采样端分别连接。

4.如权利要求3所述的功率模块循环测试电路，其特征在于，所述功率模块还包括下桥驱动芯片，所述三相下桥臂功率管包括第一下桥臂功率管、第二下桥臂功率管及第三下桥臂功率管；

所述下桥驱动芯片的第一驱动端与所述第一下桥臂功率管的栅极连接，所述下桥驱动芯片的第二驱动端与所述第二下桥臂功率管的栅极连接，所述下桥驱动芯片的第三驱动端与所述第三下桥臂功率管的栅极连接，所述下桥驱动芯片还与所述控制器连接；

所述第一下桥臂功率管的漏极与所述第一上桥臂功率管的漏极连接，所述第二下桥臂功率管漏极与所述第二上桥臂功率管的漏极连接，所述第三下桥臂功率管漏极与所述第三上桥臂功率管的漏极连接；

所述第一上桥臂功率管的源极、所述第二上桥臂功率管的源极及第三上桥臂功率管的源极与所述电压采集装置的采样端分别连接。

5.如权利要求4所述的功率模块循环测试电路，其特征在于，包括所述电压采集装置包括第一智能电压表及第二智能电压表；所述第一智能电压表的第一采样端与所述第一上桥臂功率管的漏极连接，所述第一智能电压表的第二采样端与所述第一上桥臂功率管的源极、第二上桥臂功率管的源极及第三上桥臂功率管的源极分别连接；

所述第二智能电压表的第一采样端与所述第一智能电压表的第二采样端连接，所述第二智能电压表的第二采样端分别与所述第一下桥臂功率管的源极、所述第二下桥臂功率管源极及所述第三下桥臂功率管源极连接。

6.如权利要求4所述的功率模块循环测试电路，其特征在于，所述测试电源的为直流电源，所述测试电源的正极与所述第一上桥臂功率管的漏极连接，所述测试电源的负极与所述第三下桥臂功率管源极连接。

7.如权利要求1所述的功率模块循环测试电路，其特征在于，所述功率模块循环测试电路还包括上位机，所述上位机与所述控制器连接。

8.如权利要求7所述的功率模块循环测试电路，其特征在于，所述上位机为计算机。

9.一种功率模块测试设备，其特征在于，所述功率模块测试设备包括如权利要求1至8任意一项所述的功率模块循环测试电路。