一种脉冲功率元器件加速老化控制器的制作方法

本专利涉及一种加速老化控制器，具体说是一种脉冲功率元器件加速老化控制器。

背景技术：

igbt(绝缘栅双极型晶体管)等功率器件一般工作在稳态工况条件下，传统的igbt加速老化试验也主要是在稳态工况下进行的。传统的稳态工况下的加速老化试验是利用可控的外部热源，利用可控的外部热源以一定的频率加热、冷却待测器件，使整体器件的温度有一个大范围的波动。而脉冲功率条件下，igbt的开关损耗与稳态工况下有很大区别，由此导致的器件的结温和壳温的波形也有很大差异。传统的加速老化控制器显然满足不了脉冲功率下的加速老化试验要求。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的是为了解决传统的加速老化控制器满足不了脉冲功率下的加速老化试验要求的问题。

本实用新型采用的技术方案是：一种脉冲功率元器件加速老化控制器,包括arm处理器模块，及与arm处理器模块相连的pwm驱动模块、温度采集模块、饱和压降测量模块、过流保护模块、can通讯模块；按键输入模块、继电器输出模块，所述pwm驱动模块还与过流保护模块相连；

所述pwm驱动模块作用在于接收arm处理器模块的ttl信号，控制igbt的开通与关断；同时pwm驱动模块还接收过流保护模块的过流封锁信号；

所述温度采集模块接收来自热电偶的温度信号，首先差分转单端，然后采用运放放大，最后送至温度采集模块的采集芯片，温度采集模块的采集芯片的数据传至arm处理器模块；

所述饱和压降测量模块采集加速老化对象igbt的集电极和源极的电压差，为了防止关断时的高压损坏采集电路，采用二极管进行高压隔离，然后进行运放的调理电路，最后送至压降测量模块的采集芯片，温度采集模块的采集芯片的数据传至arm处理器模块；

所述过流保护模块采集老化对象igbt的集电极电流，将该电流送至硬件比较器，与阈值进行比较，比较结果一方面送至arm处理器模块，另一方面进行逻辑与后送至pwm模块；高于预警值时，延时进行预警处理；一旦高于保护值，立即封锁pwm脉冲，使igbt立即关断；

所述通讯模块采用ctm模块，包含电源隔离模块和光耦隔离处理，保证数据传输的可靠性；该模块接收arm处理器模块的信号，同时与上位机进行沟通；

所述按键输入模块的输出端通过iic接口与arm处理器模块双向连接，其作用在于将按键信息传入arm处理器模块；

所述继电器输出模块采用大功率功放电路和扁平军用继电器，其作用在于保证了输出无源触点的可靠性所述继电器输出模块用于输出信号。

进一步的，所述pwm驱动模块采用光耦隔离电路和功率对管电路驱动，同时增加反压关断措施；pwm驱动模块一方面与arm的输出信号连接，另一方面经过光耦和对管驱动后，连接至功率器件模块。

进一步的，所述温度采集模块包括热电偶、差分转单端芯片、运放电路、24位ads采样芯片；采用热电偶将热信号转换为电信号，然后经过差分转单端芯片，再经过同相比例加法运放电路放大后，送至温度采集模块的位ads芯片。

进一步的，所述饱和压降测量模块包括高压隔离模块和双极性采样芯片ad7367，采用二极管进行高压隔离，经过运算放大器调理后送至双极性采样芯片ad7367。

进一步的，所述按键输入模块包括防浪涌模块smbj24a、光耦模块tlp2804、带滞环的反相器；按键输入信号首先经过防浪涌模块smbj24a，防止办卡插拔导致的过压损坏，然后经过光耦tlp2804隔离处理，最后经过带滞环的反相器处理，并送到cpu的gpio引脚。

进一步的，所述继电器输出模块考虑到cpu的gpio引脚有限，采用了i2c模块进行io扩展，cpu的i2c模块首先经过9554转换芯片，将串行信号转换为并行信号，然后经过tlp2804光耦隔离处理，光耦隔离处理后输出到功率放大芯片uln2803，最后驱动继电器，由继电器的无源触点输出信号。

进一步的，所述arm处理器模块采用stm32f103处理器，通过按键输入，确定加速老化参数及加速老化模式，同时输出pwm信号控制igbt的工作；在igbt工作时，实时检测导通压降和igbt壳温，将这些数据采集并保存为数据文件。

本实用新型的有益效果和特点是：(1)本实用新型采用功率循环试验方法来代替传统的热循环试验方法，功率循环控制参数可设置，可很好的满足脉冲功率下的加速老化试验要求；(2)采用igbt过流的硬件和软件双重保护及高压隔离的饱和压降测量，安全性好。

附图说明

图1是本实用新型较佳实施例的整体结构示意图；

图2是本实用新型pwm驱动模块的工作原理示意图；

图3是本实用新型温度采集模块的工作原理示意图；

图4是本实用新型饱和压降测量模块的工作原理示意图；

图5是本实用新型过流保护模块的工作原理示意图；

图6是本实用新型can通讯模块的工作原理示意图；

图7是本实用新型按键输入模块的工作原理示意图；

图8是本实用新型继电器输出模块的工作原理示意图；

图9是本实用新型arm处理器模块的电路原理图；

图10是本实用新型温度采集模块的差分转单端，再放大的电路原理图；

图11是本实用新型饱和压降测量模块的饱和压降测量电路的电路原理图；

图12是本实用新型i/o电路的电路原理图(采用主要隔离，驱动能力好)；

图中标号分别表示：1-pwm驱动模块、2-温度测量模块、3-饱和压降测量模块、4-过流保护模块、5-can通讯模块、6-按键输入模块、7-继电器输出模块、8-arm处理器模块。

具体实施方式

下面结合附图进行说明：

请参考图1，一种脉冲功率元器件加速老化控制器,包括arm处理器模块8，及与arm处理器模块8相连的pwm驱动模块1、温度采集模块2、饱和压降测量模块3、过流保护模块4、can通讯模块5；按键输入模块6、继电器输出模块7，所述pwm驱动模块1还与过流保护模块4相连；

所述pwm驱动模块1作用在于接收arm处理器模块8的ttl信号，控制igbt的开通与关断；同时pwm驱动模块还接收过流保护模块4的过流封锁信号；

所述温度采集模块2接收来自热电偶的温度信号，首先差分转单端，然后采用运放放大(具体电路参见图10)，最后送至温度采集模块2的采集芯片，温度采集模块2的采集芯片的数据传至arm处理器模块8；

所述饱和压降测量模块3采集加速老化对象igbt的集电极和源极的电压差，为了防止关断时的高压损坏采集电路，采用二极管进行高压隔离(安全性好)，然后进行运放的调理电路(具体电路参见图11)，最后送至压降测量模块3的采集芯片，温度采集模块2的采集芯片的数据传至arm处理器模块8；

所述过流保护模块4采集老化对象igbt的集电极电流，将该电流送至硬件比较器，与阈值进行比较，比较结果一方面送至arm处理器模块8，另一方面进行逻辑与后送至pwm模块1；高于预警值时，延时进行预警处理；一旦高于保护值，立即封锁pwm脉冲，使igbt立即关断；

所述通讯模块5采用ctm8251模块，包含电源隔离模块和光耦隔离处理，can通讯协议进行了二次开发，保证了数据传输的可靠性；该模块接收arm处理器模块8的信号，同时与上位机进行沟通；

所述按键输入模块6的输出端通过iic接口与arm处理器模块8双向连接，其作用在于将按键信息传入arm处理器模块8；

所述继电器输出模块7采用大功率功放电路和扁平军用继电器，其作用在于保证了输出无源触点的可靠性所述继电器输出模块7用于输出信号。

以下是各模块的详细说明：

1、pwm驱动模块

如图2，pwm驱动模块主要将cpu的3.3伏ttl电平信号进行隔离，然后进行功率放大，同时将逻辑1电平转换为+15伏信号，逻辑0电平转换为-5伏信号。cpu的控制信号首先经过6n137的高速光耦进行隔离，然后进过互补功率管推挽放大，最后连接至igbt的控制端子。

2、温度采集模块

如图3，温度采集模块将热电偶将热信号转换为电信号。热电偶信号首先经过差分转单端芯片，再经过同相比例加法运放电路放大后，送至高精度采样芯片。

3、饱和压降测量模块

如图4，饱和压降测量模块将igbt导通时的压降输入到采样芯片处理模数转换，但是当igbt处于关断状态时，则需要关断时的高压进行阻断。饱和压降测量模块经过二极管进行单向控制，然后进行运算放大电路进行调理，最后送至采样芯片。

4、过流保护模块

如图5，过流保护模块用于对igbt进行过流保护。过流保护模块首先将电流传感器信号与阈值信号进行硬件比较器比较，比较器输出的逻辑电平首先输出至cpu用于后续处理，其次逻辑电平与正常的pwm信号进行逻辑与的操作，当发生电流过大时，直接封锁pwm脉冲。

5、can通讯模块

如图6，can使用了cpu自身集成的can控制器，can控制器的信号首先经过高速光耦6n137隔离，然后经过驱动芯片82c250输出差分信号。

6、按键输入模块

如图7，按键输入模块主要接收来自控制面板的按钮信号，包括模式设定、参数设定、增加、减小、确定等，所有输入信号均为无源触点特性，输入信号首先经过防浪涌模块smbj24a，防止办卡插拔导致的过压损坏，然后经过光耦模块tlp2804隔离处理，最后经过带滞环的反相器处理，并送到cpu的gpio引脚。

7、继电器输出模块

如图8，考虑到cpu的gpio引脚有限，采用了i2c模块进行io扩展，cpu的i2c模块首先经过9554转换芯片，将串行信号转换为并行信号，然后经过tlp2804光耦隔离处理，光耦隔离处理后输出到功率放大芯片uln2803，最后驱动继电器，由继电器的无源触点输出信号。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的结构关系及原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。