本發(fā)明涉及電力電子技術領域，特別涉及一種igbt驅動器的性能測試電路、測試裝置及方法。

背景技術：

目前，驅動電路形式主要有分立元件構成、光電耦合器、厚膜驅動電路及專用集成驅動電路。由于分立式igbt驅動電路的分立元件多，保護電路復雜，可靠性和性能都比較差，且對設計應用人員要求較高，出現(xiàn)故障時需要有專業(yè)人員進行維護，成本較高，因此實際應用中大多采用集成驅動電路。如日本富士公司的exb系列(如exb841)、德國西門康公司的skhi系列(如skhi22ah4r)及瑞士concept公司(如2sd315ai)等生產的專為igbt和功率mosfet提供的scale系列集成電路等的運用都很廣泛。因各個公司知識產權的因素，國內外生產的專用驅動模塊種類繁多，但在驅動原理和保護電路均相似，僅在驅動保護功能配置等方面稍有不同。

而如何校驗驗證所選igbt驅動芯片或厚膜驅動模塊的驅動性能及保護性能變得極為重要，已有專利cn106324466a公開了一種變流器igbt模塊現(xiàn)場故障預診斷方法，包括以下步驟：s1，系統(tǒng)停機；s2，利用輸入電源給直流電容充電，直到電壓穩(wěn)定；s3，斷開輸入電源與變流器之間的連接，令直流電容放電，直到其電壓下降為設定值；s4，記錄被測igbt的直通短路電流；s5，將步驟s4得到的直通短路電流的峰值與被測igbt健康狀態(tài)時的直通短路電流峰值進行比較，判斷被測igbt是否故障；s6，直流電容完全放電；s7，返回步驟s2，進行下一個被測igbt的故障測試，直到所有igbt測試完畢。上述專利雖然較為真實的在igbt模塊上做了故障診斷，但應用設備多，操作較為繁瑣復雜，且設備均為強電，需要有專業(yè)人員維護，僅滿足其特定應用場合，對工程應用人員及測試人員不具通用性，適用性差。

因而現(xiàn)有技術還有待改進和提高。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種igbt驅動器的性能測試電路、測試裝置及方法，能對pwm信號進行提取運算獲得不同測試模式下的信號波形，且通過簡單的模式切換可實現(xiàn)正常驅動以及過流保護模式下igbt驅動器的性能測試，電路及操作簡單，通用性高，有效保證了igbt驅動器的可靠性和安全性。

為了達到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術方案：

一種igbt驅動器的性能測試電路，與igbt驅動器連接，其包括pwm信號發(fā)生器、幅值變換模塊、提取運算模塊和模式切換模塊，由pwm信號發(fā)生器產生pwm信號，所述pwm信號經幅值變換模塊進行幅值調節(jié)后輸出至igbt驅動器，由提取運算模塊對所述pwm信號的時間參數(shù)進行提取調節(jié)后輸出至模式切換模塊，通過模式切換模塊切換當前的測試模式，觸發(fā)igbt驅動器處于驅動模式或過流保護模式，并輸出相應的性能測試結果。

所述的igbt驅動器的性能測試電路中，所述幅值變換模塊包括調節(jié)單元、放大單元和限流單元，所述pwm信號經調節(jié)單元進行幅值調整后輸出至放大單元，由所述放大單元對pwm信號進行推挽輸出放大處理后輸出至限流單元，經限流單元限流處理后輸出至igbt驅動器。

所述的igbt驅動器的性能測試電路中，所述提取運算模塊包括第一提取單元、第二提取單元、反相單元和運算調節(jié)單元，由第一提取單元提取所述pwm信號中的正脈沖，經第二提取單元提取得到正脈沖對應的負脈沖閾值，并經反相單元進行反相處理后得到負脈沖，由運算調節(jié)單元根據(jù)所述負脈沖進行反相積分處理后捕獲得到所述pwm信號的上升沿，并對上升沿的觸發(fā)時間和持續(xù)時間進行調節(jié)后輸出至模式切換模塊。

所述的igbt驅動器的性能測試電路中，所述模式切換模塊包括與提取運算模塊和igbt驅動器連接的切換開關，所述切換開關用于設置提取運算模塊的輸出端和igbt驅動器的若干引腳之間的連接關系，使igbt驅動器處于驅動模式或過流保護模式，并輸出相應的性能測試結果。

所述的igbt驅動器的性能測試電路中，所述調節(jié)單元包括第一電阻，所述放大單元包括第一三極管和第二三極管，所述限流單元包括第二電阻；所述第一電阻的第一連接端連接pwm信號端，所述第一電阻的第二連接端接地，所述第一電阻的控制端連接pwm信號端、第一三極管的基極和第二三極管的基極；所述第一三極管的集電極連接15v供電端，所述第一三極管的發(fā)射極連接第二三極管的發(fā)射極和第二電阻的一端；所述第二三極管的集電極接地；所述第二電阻的另一端連接igbt驅動器的igbt_g端和提取運算模塊。

所述的igbt驅動器的性能測試電路中，所述第一提取單元包括第一電容和第三電阻，所述第二提取單元包括第一反相器、第二電容和第四電阻，所述反相單元包括第二反相器，所述運算調節(jié)單元包括第三反相器、第五電阻、第六電阻和第三電容；所述第一電容的一端連接igbt驅動器的igbt_g端和幅值變換模塊，所述第一電容的另一端連接第一反相器的輸入端、還通過第三電阻接地；所述第一反相器的輸出端通過第二電容連接第四電阻的第一連接端和第二反相器的輸入端，所述第四電阻的第二連接端和控制端接地；所述第二反相器的輸出端連接width信號端和第三反相器的輸入端；所述第三反相器的輸出端通過第五電阻連接第六電阻的控制端和第一連接端；所述第六電阻的第二連接端連接output信號端和模式切換模塊、還通過第三電容接地。

所述的igbt驅動器的性能測試電路中，所述切換開關的第一端連接提取運算模塊的輸出端，所述切換開關的第二端連接igbt驅動器的igbt_e端和地，所述切換開關的第三端連接igbt驅動器的igbt_c端。

所述的igbt驅動器的性能測試電路中，所述切換開關為單刀三擲開關。

一種igbt驅動器的性能測試裝置，包括外殼，所述外殼內設置有pcb板，所述pcb板上設置有如上所述的igbt驅動器的性能測試電路。

一種igbt驅動器的性能測試方法，其包括如下步驟：

a、由pwm信號發(fā)生器產生pwm信號；

b、由幅值變換模塊對所述pwm信號進行幅值調節(jié)后輸出至igbt驅動器；

c、由提取運算模塊對所述pwm信號的時間參數(shù)進行提取調節(jié)后輸出至模式切換模塊；

d、通過模式切換模塊切換當前的測試模式，觸發(fā)igbt驅動器處于驅動模式或過流保護模式，并輸出相應的性能測試結果。

相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明提供的igbt驅動器的性能測試電路、測試裝置及方法中，所述igbt驅動器的性能測試電路與igbt驅動器連接，其包括pwm信號發(fā)生器，幅值變換模塊、提取運算模塊和模式切換模塊，由pwm信號發(fā)生器產生pwm信號，所述pwm信號經幅值變換模塊進行幅值調節(jié)后輸出至igbt驅動器，由提取運算模塊對所述pwm信號的時間參數(shù)進行提取調節(jié)后輸出至模式切換模塊，通過模式切換模塊切換當前的測試模式，觸發(fā)igbt驅動器處于驅動模式或過流保護模式，并輸出相應的性能測試結果，能對pwm信號進行提取運算獲得不同測試模式下的信號波形，且通過簡單的模式切換可實現(xiàn)正常驅動以及過流保護模式下igbt驅動器的性能測試，電路及操作簡單，通用性高，有效保證了igbt驅動器的可靠性和安全性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的igbt驅動器的性能測試電路的結構框圖。

圖2為本發(fā)明提供的igbt驅動器的性能測試電路的電路圖。

圖3為本發(fā)明提供的igbt驅動器的性能測試電路應用實施例中選用的igbt驅動器及其外圍電路圖。

圖4為本發(fā)明提供的igbt驅動器的性能測試電路應用實施例中pwm信號與width信號的測試波形界面圖。

圖5為本發(fā)明提供的igbt驅動器的性能測試電路應用實施例中pwm信號與output信號的測試波形界面圖。

圖6為本發(fā)明提供的igbt驅動器的性能測試電路應用實施例中igbt驅動器正常驅動模式下的測試波形界面圖。

圖7為本發(fā)明提供的igbt驅動器的性能測試電路應用實施例中igbt驅動器逐波過流模式下的測試波形界面圖。

圖8為本發(fā)明提供的igbt驅動器的性能測試電路應用實施例中igbt驅動器連續(xù)過流模式下的測試波形界面圖。

圖9為本發(fā)明提供的igbt驅動器的性能測試方法的流程圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種igbt驅動器的性能測試電路、測試裝置及方法，能對pwm信號進行提取運算獲得不同測試模式下的信號波形，且通過簡單的模式切換可實現(xiàn)正常驅動以及過流保護模式下igbt驅動器的性能測試，電路及操作簡單，通用性高，有效保證了igbt驅動器的可靠性和安全性。

為使本發(fā)明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請參閱圖1，本發(fā)明提供的igbt驅動器的性能測試電路與igbt驅動器11連接，其包括pwm信號發(fā)生器10，幅值變換模塊20、提取運算模塊30和模式切換模塊40，所述pwm信號發(fā)生器10通過幅值變換模塊20連接igbt驅動器11，所述pwm信號發(fā)生器10還通過提取運算模塊30連接模式切換模塊40，所述模式切換模塊40還連接igbt驅動器11，通過pwm信號發(fā)生器10產生pwm信號，所述pwm信號經幅值變換模塊20進行幅值調節(jié)后輸出至igbt驅動器11，由提取運算模塊30對所述pwm信號的時間參數(shù)進行提取調節(jié)后輸出至模式切換模塊40，通過模式切換模塊40切換當前的測試模式，觸發(fā)igbt驅動器11處于驅動模式或過流保護模式，并輸出相應的性能測試結果。

本發(fā)明提供的igbt驅動器的性能測試電路是通過模式切換模塊40對提取運算模塊30和igbt驅動器之間的通路進行選擇切換，由提取運算模塊30對pwm信號進行提取運算獲得不同測試模式下所需的測試波形，觸發(fā)igbt驅動器處于驅動模式或過流保護模式，分別測試igbt驅動器的驅動性能以及過流保護性能，有效保證了igbt驅動器在不同情況下的可靠性和安全性。

優(yōu)選地，本發(fā)明中所述pwm信號發(fā)生器10可基于硬件或軟件實現(xiàn)，硬件可采用ti-uc38系列或sg3525獲得，軟件可由芯片配置epwm寄存器進行，總之能產生pwm信號即可，本發(fā)明對此不作限定。

進一步地，請一并參閱圖2，所述幅值變換模塊20包括調節(jié)單元21、放大單元22和限流單元23，所述調節(jié)單元21、放大單元22和限流單元23依次連接，所述限流單元23還連接igbt限流器的igbt_g端，即igbt的柵極引腳，由pwm信號發(fā)生器10產生的pwm信號經調節(jié)單元21進行幅值調整后輸出至放大單元22，由所述放大單元22對pwm信號進行推挽輸出放大處理后輸出至限流單元23，經限流單元23限流處理后輸出至igbt驅動器。

由于igbt性能的好壞直接影響到驅動板電路運行的效率、可靠性及安全性，因此為保證igbt安全、可靠運行，必須對igbt驅動器的正常驅動及保護能力進行測試，其中保護功能觸發(fā)過流由vcesat（集電極-發(fā)射極飽和壓降）捕捉判斷，如使用英飛凌igbt—ff300r12ke3，查其手冊得其飽和壓降最大為2.15v，而一般閾值電壓vn可取igbt正常導通電壓的2～2.5倍)，由于不同igbt對應不同vcesat電壓值，因此igbt驅動器的性能測試電路保護幅值也應能根據(jù)不同igbt進行調整，本發(fā)明中pwm信號首先通過調節(jié)單元21進行幅值調整后得到當前所需的電壓幅值后再進行放大和限流處理，滿足不同igbt的測試需求，且進行信號放大和限流處理后保證測試的準確性和安全性。

進一步地，所述提取運算模塊30包括第一提取單元31、第二提取單元32、反相單元33和運算調節(jié)單元3421，所述第一提取單元31、第二提取單元32、反相單元33和運算調節(jié)單元3421依次連接，所述第一提取單元31還連接限流單元23，由第一提取單元31提取所述pwm信號中的正脈沖，經第二提取單元32提取得到正脈沖對應的負脈沖閾值，并經反相單元33進行反相處理后得到負脈沖，由運算調節(jié)單元3421根據(jù)所述負脈沖進行反相積分處理后捕獲得到所述pwm信號的上升沿，并對上升沿的觸發(fā)時間和持續(xù)時間進行調節(jié)后輸出至模式切換模塊40。如上所述，不同igbt對應不同的vcesat電壓值，因此性能測試電路保護幅值應能根據(jù)不同igbt進行調整，同樣不同igbt的保護時刻以及保護時間也不相同，需要對pwm信號的時間參數(shù)進行提取調整，獲得不同測試模式下相應igbt時間參數(shù)的測試輸入波形，以適應不同模式以及不同igbt的驅動器性能測試，提高性能測試電路的適用范圍和通用性。

更進一步地，所述模式切換模塊40包括與提取運算模塊30和igbt驅動器連接的切換開關sw1，所述切換開關sw1用于設置提取運算模塊30的輸出端和igbt驅動器的若干引腳之間的連接關系，使igbt驅動器處于驅動模式或過流保護模式，并輸出相應的性能測試結果。即通過切換開關sw1來控制提取運算模塊30的輸出端和igbt驅動器之間的通路切換，進而為igbt驅動器提供不同的測試波形，觸發(fā)igbt驅動器處于正常驅動模式或者過流保護模式，實現(xiàn)不同情況下的性能測試，全方位的保證igbt驅動器的工作可靠性。

具體實施時，所述切換開關sw1采用單刀三擲開關，所述切換開關sw1的第一端連接提取運算模塊30的輸出端，所述切換開關sw1的第二端連接igbt驅動器的igbt_e端（即igbt的發(fā)射極引腳）和地，所述切換開關sw1的第三端連接igbt驅動器的igbt_c端（即igbt的集電極引腳）。通過控制單刀三擲開關各個端子的連接關系，從而控制提取運算模塊30的輸出端和igbt驅動器之間的通路切換，實現(xiàn)測試模式的切換。

請繼續(xù)參閱圖2，本發(fā)明提供的igbt驅動器的性能測試電路中，所述調節(jié)單元21包括第一電阻r1，所述放大單元22包括第一三極管q1和第二三極管q2，所述限流單元23包括第二電阻r2；所述第一電阻r1的第一連接端連接pwm信號端，所述第一電阻r1的第二連接端接地，所述第一電阻r1的控制端連接pwm信號端、第一三極管q1的基極和第二三極管q2的基極；所述第一三極管q1的集電極連接15v供電端，所述第一三極管q1的發(fā)射極連接第二三極管q2的發(fā)射極和第二電阻r2的一端；所述第二三極管q2的集電極接地；所述第二電阻r2的另一端連接igbt驅動器的igbt_g端和提取運算模塊30。所述幅值變換模塊20還包括第一二極管d1和第二二極管d2，所述第一二極管d1的正極連接第二電阻r2的一端和第二二極管d2的負極，所述第一二極管d1的負極連接15v供電端；所述第二二極管d2的正極接地。本實施例中所述第一三極管q1為npn型三極管，所述第二三極管q2的pnp三極管，所述第一電阻r1為可調電阻。

具體來說，通過pwm信號發(fā)生器10產生pwm信號后，先通過第一電阻r1調節(jié)pwm信號的幅值，再經過第一三極管q1和第二三極管q2推挽輸出放大后，經限流電阻即第二電阻r2限流后輸出接到igbq驅動器的柵極引腳igbt_g，實現(xiàn)pwm信號的幅值調整，以及放大限流處理，同時通過兩個二極管，第一二極管d1和第二二極管d2實現(xiàn)過壓保護，保證電路中各元器件的安全性。

進一步地，所述第一提取單元31包括第一電容c1和第三電阻r3，所述第二提取單元32包括第一反相器a1、第二電容c2和第四電阻r4，所述反相單元33包括第二反相器a2，所述運算調節(jié)單元3421包括第三反相器a3、第五電阻r5、第六電阻r6和第三電容c3；所述第一電容c1的一端連接igbt驅動器的igbt_g端和幅值變換模塊20，具體為第二電阻r2的另一端，所述第一電容c1的另一端連接第一反相器a1的輸入端、還通過第三電阻r3接地；所述第一反相器a1的輸出端通過第二電容c2連接第四電阻r4的第一連接端和第二反相器a2的輸入端，所述第四電阻r4的第二連接端和控制端接地；所述第二反相器a2的輸出端連接width信號端和第三反相器a3的輸入端；所述第三反相器a3的輸出端通過第五電阻r5連接第六電阻r6的控制端和第一連接端；所述第六電阻r6的第二連接端連接output信號端和模式切換模塊40（具體為切換開關sw1的第一端）、還通過第三電容c3接地。優(yōu)選地，所述第二提取單元32還包括第三二極管d3，所述第三二極管d3的負極連接第四電阻r4的第一連接端，所述第三二極管d3的正極接地，性能測試電路還設置有第四二極管d4，所述第四二極管d4的負極連接第六電阻r6的第二連接端，所述第四二極管d4的正極接地，本實施例中，所述第四電阻r4和第六電阻r6均為可調電阻，用于調節(jié)pwm信號的時間參數(shù)。

具體地，pwm信號經第一電容c1和第三電阻r3進行微分運算，提取pwm信號中的正脈沖，之后通過第一反相器a1反相，第二電容c2和第四電阻r4微分整形后提取正脈沖對應的負脈沖閾值，再通過第二反相器a2反相得到負脈寬，再通過第三反相器a3及第五電阻r5、第六電阻r6和第三電容c3組成的反相積分電路輸出至output，得到相應輸入pwm信號的上升沿，該上升沿就是每個周期中檢測igbt驅動器逐波過流的正脈沖，其中通過第四電阻r4調節(jié)負脈寬(width)，即調節(jié)保護時間的長短，通過第六電阻r6調節(jié)積分時間常數(shù)，調節(jié)正脈沖到來的時間，即調節(jié)了延遲或超前保護的時刻，從而實現(xiàn)對pwm信號時間參數(shù)的調整，滿足不同igbt的需求。

提取運算模塊30輸出端輸出的信號，即output信號再通過一單刀三擲開關進行不同選擇，對正常驅動時把c、e引腳間短接(igbt正常工作時導通壓降很低)，即所述單刀三擲開關的第二端與第三端連接；連續(xù)過流模式時將第三端懸空(即c與e斷開時，驅動器等效檢測到vcesat為高電平，即相當于連續(xù)過流)；逐波過流模式時需對每個pwm周期波中提取單脈沖(高電平)，即單刀三擲開關的第一端與第三端連接，其中節(jié)點igbt_g、igbt_c、igbt_e接至驅動器相應igtb的柵極、集電極與發(fā)射極引腳，實現(xiàn)不同測試模式的簡單切換，對一般應用工程及測試人員具有通用性，操作簡單，可靠地驗證igbt驅動器的驅動及保護功能。

為更好地理解本發(fā)明提供的igbt驅動器的性能測試電路的工作過程及測試效果，以下舉應用實施例，對所述igbt驅動器的性能測試電路進行進一步說明：

本應用實施例中，選用北京落木源一厚膜集成驅動模塊tx-ka962進行驗證測試，相關外圍電路如圖3所示，由于其為現(xiàn)有技術，此處對該外圍電路的連接關系不再贅述，具體測試時，將本發(fā)明提供的igbt驅動器的性能測試電路中的pwm信號端、igbt_g端、igbt_c端、igbt_e端與igbt驅動器的對應引腳連接，并控制所述單刀三擲開關進行模式選擇，測試結果如圖4至圖8所示。

其中，圖4和圖5分別為輸入pwm信號與輸出width信號以及輸入pwm信號與輸出output信號的測試波形示意圖，測試頻率f=80khz，圖6、圖7和圖8分別為所述igbt驅動器的性能測試電路具體測試厚膜集成驅動模塊tx-ka962是，模擬正常驅動模式、逐波過流模式以及連續(xù)過流模式下的測試波形示意圖。

其中，圖6顯示該驅動器性能很好，驅動板驅動特性參數(shù)延遲小(低于0.50us)，上升、下降沿陡峭(上升、下降時間低于0.4us)，滿足igbt對柵極驅動波形特性的要求，在正常驅動時正幅值uge=15.5v，關斷時加的負幅值uge=-8.5v，這使得tx-ka962在正常工作時能可靠的驅動igbt導通與關斷。

從圖7可以看出在發(fā)生逐波過流后驅動器執(zhí)行軟關斷，驅動器即封鎖輸入pwm信號，即使pwm信號此時變成低電平，也不會立即將輸出拉到正常的負電平，而要將軟關斷過程進行到底（將輸出拉低到-3.5v，以確保igbt可靠關斷）。因此驅動器能在igbt發(fā)生過流時保護，能最大限度地使其不被損壞。在下一周期又循環(huán)往復。

從圖8可以看出在發(fā)生連續(xù)過流后，驅動器軟關斷igbt，如果控制電路沒有采取動作，則驅動器再次輸出驅動脈沖的間隔時間，此時間均可通過保護參數(shù)進行設置，達到過流保護效果。

因此，本應用實施例中，igbt驅動器經本發(fā)明提供的性能測試電路模擬正常驅動、逐波過流及連續(xù)過流保護時均能正常的驅動及保護，進一步驗證了性能測試電路在測試驗證igbt驅動器時的可靠性與安全性。

基于上述igbt驅動器的性能測試電路，本發(fā)明還相應提供一種igbt驅動器的性能測試裝置，包括外殼，所述外殼內設置有pcb板，所述pcb板上設置有如上所述的igbt驅動器的性能測試電路，由于上文已對所述igbt驅動器的性能測試電路進行了詳細介紹，此處不作詳述。

本發(fā)明還相應提供一種igbt驅動器的性能測試方法，如圖9所示，包括如下步驟：

s100、由pwm信號發(fā)生器產生pwm信號；

s200、由幅值變換模塊對所述pwm信號進行幅值調節(jié)后輸出至igbt驅動器；

s300、由提取運算模塊對所述pwm信號的時間參數(shù)進行提取調節(jié)后輸出至模式切換模塊；

s400、通過模式切換模塊切換當前的測試模式，觸發(fā)igbt驅動器處于驅動模式或過流保護模式，并輸出相應的性能測試結果。

綜上所述，本發(fā)明提供的igbt驅動器的性能測試電路、測試裝置及方法中，所述igbt驅動器的性能測試電路與igbt驅動器連接，其包括pwm信號發(fā)生器，幅值變換模塊、提取運算模塊和模式切換模塊，由pwm信號發(fā)生器產生pwm信號，所述pwm信號經幅值變換模塊進行幅值調節(jié)后輸出至igbt驅動器，由提取運算模塊對所述pwm信號的時間參數(shù)進行提取調節(jié)后輸出至模式切換模塊，通過模式切換模塊切換當前的測試模式，觸發(fā)igbt驅動器處于驅動模式或過流保護模式，并輸出相應的性能測試結果，能對pwm信號進行提取運算獲得不同測試模式下的信號波形，且通過簡單的模式切換可實現(xiàn)正常驅動以及過流保護模式下igbt驅動器的性能測試，電路及操作簡單，通用性高，有效保證了igbt驅動器的可靠性和安全性。

可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。