作者：微葉科技 時(shí)間：2015-11-04 14:31
IGBT功率單元測試平臺(tái)示意圖：
圖1 直流電壓產(chǎn)生電路
其中QF為斷路器，KM為接觸器（綠色按鈕），T1為調(diào)壓器。
圖2 功率單元測試電路
圖3 IGBT引腳示意圖
注意事項(xiàng)：
上380V主電前應(yīng)將變壓器旋鈕調(diào)至零電壓附近位置；
放電開關(guān)K1初始狀態(tài)應(yīng)為關(guān)斷狀態(tài)，并且接觸器KM與放電開關(guān)K1不可以同時(shí)接通；
本測試方案中以驅(qū)動(dòng)板的安裝方向?yàn)檎较?，則上管為右側(cè)IGBT，下管為左側(cè)IGBT；
測試平臺(tái)初始狀態(tài)為負(fù)載電阻RL并聯(lián)在下管C、E兩端，即上管帶負(fù)載；
所有排線應(yīng)與實(shí)際變流器柜中排線一致，包括溫度板與驅(qū)動(dòng)板之間的三根彩排、CPU板與溫度板之間的兩根排線；
注意一定要在主電斷電、電路板斷電的情況下進(jìn)行探頭以及連線的更換，注意人身以及功率單元的安全；
注意在拆卸之后每一個(gè)螺絲一定要擰緊！
在所有測試之前，應(yīng)確保所用CPU板所燒程序?yàn)闇y試程序。
工具準(zhǔn)備：
示波器1臺(tái)，差分探頭（型號(hào)P5200）2個(gè)，電流探頭（型號(hào)i2000 flex）1個(gè)，開關(guān)電源1套，以及必備拆卸工具若干。
需要CPU板1塊，溫度板1塊，驅(qū)動(dòng)板3塊。
在做所有測試前應(yīng)將電源接到溫度板上，CPU板通過X2、X3端子與溫度板相連，溫度板通過X31、X32、X33端子分別與三塊驅(qū)動(dòng)板的X2端子相連，其中溫度板X31端子與安裝在功率單元上的1塊驅(qū)動(dòng)板相連。
示波器接法：
將一個(gè)差分探頭（下面稱差分探頭1）選擇1/50V量程，接在示波器的第1通道，用以測量柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)（±15V），設(shè)置示波器該通道倍率為50，每格10V。
將另一個(gè)差分探頭（下面稱差分探頭2）選擇1/50V量程，接在示波器第2通道，用以測量柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)（±15V）或者IGBT的CE兩端電壓（測試中最大可到達(dá)1000V左右），設(shè)置示波器該通道倍率為50，每格10V。
電流探頭量程設(shè)置為200A，接在示波器第3通道，并調(diào)整該通道為測量電流模式，設(shè)置示波器該通道倍率為100，每格20A。
一、死區(qū)時(shí)間測試
測試前準(zhǔn)備：
確認(rèn)接觸器KM斷開、電路板掉電、放電開關(guān)K1處于斷開狀態(tài)；
差分探頭1接上管的G、E兩端：紅色表筆夾在驅(qū)動(dòng)板D19右端，黑色表筆夾在D21或R7左端；
差分探頭2接下管的G、E兩端：紅色表筆夾在驅(qū)動(dòng)板D18右端，黑色表筆夾在D20或R4左端。
測試步驟：
注意：該測試不上380V主電。接通電路板電源，從示波器上應(yīng)該可以看到1通道和2通道均為-15V電平，如果不是則檢查探頭連接及示波器設(shè)置是否正確。
打開上位機(jī)界面，在“串口設(shè)置”中選擇正確的串口號(hào)，如圖4所示。
圖4 串口設(shè)置選項(xiàng)卡
調(diào)整示波器設(shè)置（即設(shè)置為源1的下降沿觸發(fā)模式），在“PWM脈沖數(shù)目設(shè)置”選項(xiàng)卡點(diǎn)擊數(shù)字“2”，即為設(shè)置雙脈沖模式，注意此時(shí)右下方紅色數(shù)字顯示為“2”，如圖5所示。
圖5 PWM脈沖數(shù)目設(shè)置選項(xiàng)卡（雙脈沖模式）
設(shè)置完畢后，即可捕捉上管關(guān)斷、下管開通時(shí)的示波器波形，正確波形如圖6所示，圖中也給出了死區(qū)的計(jì)算方法，死區(qū)時(shí)間約為10.6微秒，絕對(duì)誤差應(yīng)小于1微秒，若死區(qū)時(shí)間過長或過短則不予通過。
圖6 死區(qū)時(shí)間測試波形（上管關(guān)斷、下管導(dǎo)通時(shí)）
填寫表一，并對(duì)有問題波形進(jìn)行存儲(chǔ)、記錄。
調(diào)整示波器設(shè)置（改為源2的下降沿觸發(fā)模式）后再次點(diǎn)擊“PWM脈沖數(shù)目設(shè)置”選項(xiàng)卡中數(shù)字“2”，捕捉上管導(dǎo)通、下管關(guān)斷時(shí)的示波器波形，正確波形如圖7所示，死區(qū)時(shí)間應(yīng)與上管關(guān)斷、下管導(dǎo)通時(shí)死區(qū)時(shí)間一致，為10.6微秒，絕對(duì)誤差應(yīng)小于1微秒，若死區(qū)時(shí)間過長或過短則不予通過。
圖7 死區(qū)時(shí)間測試波形（下管關(guān)斷、上管導(dǎo)通時(shí)）
填寫表一，并對(duì)有問題波形進(jìn)行存儲(chǔ)、記錄，之后關(guān)閉程序并斷掉電路板電源。
表一 死區(qū)測試結(jié)果
死區(qū)時(shí)間 正確的死區(qū)時(shí)間（單位：微秒） 誤差
（單位：微秒） 允許誤差（單位：微秒） 波形是否合格
上管關(guān)斷、下管導(dǎo)通 10.6 1
下管關(guān)斷、上管導(dǎo)通 10.6 1
二、帶載測試
差分探頭2的量程改為1/500V，設(shè)置示波器該通道倍率為500，每格250V。
1、上管帶載測試
測試前準(zhǔn)備：
確認(rèn)接觸器KM斷開、電路板掉電，放電開關(guān)K1處于斷開狀態(tài)；
檢查電路，確認(rèn)15Ω/70A電阻并聯(lián)在下管的C、E兩端，如圖2所示電路；
差分探頭1接在上管的G、E兩端用來測試上管的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vg：紅色表筆夾在驅(qū)動(dòng)板D19右端，黑色表筆夾在D21或R7左端，如圖8所示；
將差分探頭2表筆換成夾子，接在上管C、E兩端用來測試加在IGBT兩端的電壓Vce：紅色夾子加在上管的C端，黑色夾子夾在E端，如圖8所示。調(diào)整對(duì)應(yīng)示波器通道設(shè)置，每格250V；
電流探頭接功率單元交流輸出端與負(fù)母線之間的連線上，以流出方向?yàn)檎?，用來測試集電極電流IC，如圖8所示。
圖8 上管帶載測試中探頭接法
測試步驟：
接通電路板電源，此時(shí)示波器1通道波形應(yīng)為-15V電平，其他兩個(gè)應(yīng)無波形，若不是則檢查示探頭或示波器設(shè)置是否正確。
打開上位機(jī)界面，在“串口設(shè)置”中選擇正確的串口號(hào)，見圖4。
注意此時(shí)放電開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)！按下接觸器KM接通380V交流電源，調(diào)節(jié)調(diào)壓器T1使直流母線電壓到達(dá)1000V左右，待穩(wěn)定后關(guān)斷接觸器KM；
調(diào)整示波器設(shè)置（即修改為源1的上升沿觸發(fā)模式），在“PWM脈沖數(shù)目設(shè)置”選項(xiàng)卡中點(diǎn)擊數(shù)字“1”，即設(shè)置為脈沖數(shù)為1，此時(shí)捕獲上管導(dǎo)通時(shí)的三個(gè)波形，如圖9所示，存儲(chǔ)波形并編號(hào)。
圖9 PWM脈沖數(shù)目設(shè)置選項(xiàng)卡（單脈沖模式）
分析圖10所示波形。對(duì)于上管導(dǎo)通時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)（黃色）由-15V快速上升到10V左右，此時(shí)開關(guān)管導(dǎo)通，上升時(shí)間約為1.6微秒，之后在10V附近進(jìn)入平臺(tái)區(qū)，大約1個(gè)多微秒后緩慢上升到+15V；在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)刻，電壓VCE（淺藍(lán)色）迅速降為0，集電極電流（紫色）緩慢上升并穩(wěn)定在65A左右，若捕獲波形與此一致則該測試通過，否則不予通過；
圖10 上管帶載測試波形（上管導(dǎo)通時(shí)）
調(diào)整示波器設(shè)置（即修改為源1的下降沿觸發(fā)模式），捕獲上管關(guān)斷時(shí)的三個(gè)波形，如圖11所示，存儲(chǔ)波形并編號(hào)；
圖11上管帶載測試波形（上管關(guān)斷時(shí)）
關(guān)閉程序，接通放電開關(guān)，對(duì)電路進(jìn)行放電，當(dāng)直流母線電壓平緩降到并穩(wěn)定在0V（或10V以下）后，復(fù)位放電開關(guān)。
分析圖11所示波形。對(duì)于上管關(guān)斷時(shí)，上管經(jīng)過約1.2微秒后關(guān)斷（黃色），電壓VCE（淺藍(lán)色）迅速上升到1000V左右，集電極電流（紫色）由65A左右緩慢降為0A。若捕獲波形與此一致則該測試通過，否則不予通過。
2、下管帶載測試
測試前準(zhǔn)備：
確認(rèn)接觸器KM斷開、電路板掉電，放電開關(guān)K1處于斷開狀態(tài)；
將原來并聯(lián)在下管CE兩端的15Ω/70A電阻與負(fù)母線間連線斷開，并將此連線接至正母線進(jìn)線端子上，如圖12所示；
差分探頭1接在下管的G、E兩端用來測試上管的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vg：紅色表筆夾在驅(qū)動(dòng)板D18右端，黑色表筆夾在D20或R4左端，如圖12所示；
將差分探頭2表筆換成夾子，接在下管C、E兩端用來測試加在IGBT兩端的電壓Vce：紅色夾子加在下管的C端，黑色夾子夾在E端，如圖12所示。調(diào)整對(duì)應(yīng)示波器通道設(shè)置，每格250V；
電流探頭連接方式同上管帶載測試，用來測試集電極電流IC，如圖12所示。
圖12 下管帶載測試中探頭接法
測試方法：
同上管帶載測試方法，需要分別捕獲下管導(dǎo)通和關(guān)斷兩種情況下的波形并存儲(chǔ)，進(jìn)行同樣的波形分析。填寫表二。
表二 帶載測試結(jié)果
驅(qū)動(dòng)信號(hào)上升或下降時(shí)間（微秒） 驅(qū)動(dòng)信號(hào)平臺(tái)時(shí)間（微秒） 電壓上升或下降時(shí)間（微秒） 電流上升或下降時(shí)間（微秒） 波形是否一致
測量值 正確值 誤差 測量值 正確值 誤差 測量值 正確值 誤差 測量值 正確值 誤差
上管帶載測試 上管導(dǎo)通時(shí) 1.6 1.6 0.2 6
上管關(guān)斷時(shí) 2 0.6 0.4 6
下管帶載測試 下管導(dǎo)通時(shí) 1.6 1.6 0.2 6
下管關(guān)斷時(shí) 2 0.6 0.4 6
三、短路測試
注意：短路測試只可以做1次，頻繁做此測試會(huì)損壞IGBT。
測試前準(zhǔn)備：
確認(rèn)主電掉電、電路板掉電，放電開關(guān)處于斷開狀態(tài)；
去掉IGBT上并聯(lián)的電阻負(fù)載RL及其連線，將上管的C、E兩端在功率單元上直接短接，如圖13所示；
差分探頭1接在下管的G、E兩端用來測試下管的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vg：紅色表筆夾在驅(qū)動(dòng)板D18右端，黑色表筆夾在D20或R4左端，如圖13所示；
(4) 將差分探頭2表筆換成夾子，接在下管C、E兩端用來測試加在IGBT兩端的電壓Vce：紅色夾子加在下管的C端，黑色夾子夾在E端，如圖13所示。調(diào)整示波器設(shè)置（即修改為源1的上升沿觸發(fā)模式，通道2改為每格250V；
圖13 短路測試中探頭接法
測試步驟：
接通電路板電源，此時(shí)示波器1通道應(yīng)為-15V電平，示波器2通道無波形，如果不是則檢查連線及示波器設(shè)置是否正確；
打開上位機(jī)界面，在“串口設(shè)置”中選擇正確的串口號(hào)，見圖4。
按下接觸器KM接通380V電源，調(diào)節(jié)調(diào)壓器T1使直流母線電壓（即示波器2通道所示電壓）到達(dá)400V左右，待穩(wěn)定后關(guān)斷接觸器KM；
調(diào)整示波器設(shè)置，在“PWM脈沖數(shù)目設(shè)置”選項(xiàng)卡中點(diǎn)擊數(shù)字“1”，即設(shè)置為脈沖數(shù)為1，捕獲下管導(dǎo)通時(shí)的波形，如圖14所示。
圖14 短路測試波形
波形捕獲完畢后，接通放電開關(guān)，對(duì)電路進(jìn)行放電，當(dāng)直流母線電壓平緩降到并穩(wěn)定在0V（或10V以下）后，斷開放電開關(guān)。
分析波形，正確波形如圖14所示，Vg（藍(lán)色）在導(dǎo)通5微秒左右迅速關(guān)斷，母線電壓（淺藍(lán)色）也隨之降為0，波形一致則測試通過，否則不予通過。填寫表三。
表三 短路測試結(jié)果
測量值（微秒） 正確值（微秒） 波形是否一致
短路時(shí)間 <10
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