IPM自动测试平台的研究及实现

摘 要： IPM测试需测试多个参数，这些不同的参数需不同的测试平台。本文研究了对各种不同参数的测试方法及其所需平台，进一步研究并实际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智能功率模块IPM（Intelligent Power Module）。IPM是电力集成电路（Power Integrated Circuit——PIC）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出现了质量疑问就只能丢弃，造成了极大的浪费。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参考各个参数标准来评定这种器件的好坏。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。

IPM测试系统的各种测试参数

对IPM—PM300DSA120器件进行有关参数测试。测试参数见下表：

表一 IPM PM300DSA120型号参数表

多种测试平台的需求

由于要测量的IPM器件具有两个性能完全相同，但极性相反的IGBT（N块和P块）组成，因此在设计测试平台时应注意按两套独立的电路，即N模块及P模块测试电路设计。本文将测试N模块的平台称为N1#、N2#，同理将测试P模块的平台称为P1#、P2#平台。

各种测试项目实测方法及器件选定

图1 P1#或N1#测试平台 图2 P2#或N2#测试平台

（1）测Vce(sat)

因测量其属大电压、大电流，供电电压达600V、电流300A，故选用电阻Rc2为2Ω。

测试步骤:

1、组建P1#或N1#平台，如图1，G0=5V；

2、测电流是否>1A，是则断开G2，器件坏转5；

3、将G0切换至G1，1ms，测A及V；

4、将G1切换至G0，分析数据，求Vce(sat),是否合理，不合理转3；多次不合理，报告元件损坏；

5、本项测试结束。

(2)测Ices

测试步骤：单独调试Vcc，使之达Vces,G0=5V，.组建平台P2#或N2#，如图2，测Ices。

(3)测Vces，电路图及测试步骤基本同上

组建平台P2#或N2#，测Ices，当不正常时（即Ic超过额定值（1mA））时，可降低Vce再测，求得Ices=1mA时对应Vces值。

(4)测时间参数测试步骤基本同上

组建平台P1#或N1#，测ton，trr，tc(on)，tc(off)，toff。

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。

（1） 直流5V电源由电源直接提供。低电平可直接接地。

（2） 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殊性，此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，要求利用8253的两个计数器的通道进行串联产生频率可变、占空比可变的定时脉冲信号。

负载的切换及与负载相关的电压量、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，此时电阻约为2KΩ，功率为： ；另一类为低电压、大电流的情况，本系统中电压为60V，电阻阻值0.2Ω，电流300A，负载功率可达18KW。这样的电阻很难制作，因此，在实际设计中，采用了180W电阻，在控制端发出占空比为0.001的脉冲，使负载上导通时间亦为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。

可调电源的切换

电源分为两种，一为大电压、小电流，可在300V－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，还可用手动方法调节电压、电流的大小。

连接电路控制器

图3 多测试平台的连接原理图

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。

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：可按需要用来切换不同的可调输入电源。

连接电路控制器为中间继电器，它由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，平台不变，保障了测试工作的安全可靠。

自动测试平台设计

线路及线路分析如图4

图4 IPM测试原理图

可根据测试功能的不同将上图分为四个区。图中（Ⅰ）区为信号源输入控制区，按需要切换各种信号源，还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用以测量电压、电流传感器并按需要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EISA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，通过不同的继电器闭合，导致中间继电器（M1，M2，M3，M4）闭合，继而继电器（C1，C2，C3，C4）闭合切换各种负载和用以测量电压、电流传感器和按需要用来切换不同的可调输入电源；（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EISA总线插槽中的AC1030板（A/D转换板）上以表格、图象等方式加以显示。

自动测试平台的进一步分析

本测试平台是以继电器为主要控制器件的可编程的静态自动测试平台，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。这样就可以保证测试工作的安全可靠。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，可满足更高的需求。