专利名称：汽车引擎控制器(ecm)的igbt测试装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种测试装置，尤其涉及一种汽车引擎控制器(ECM)的IGBT测试装置及方法。
背景技术：
发动机电子控制模块(简称ECM)具有连续监测并控制发动机正常工作运转的功能。在现代发动机管理系统中，ECM是其核心控制元件。它可以根据发动机的不同状况，向发动机提供最佳空燃比的混合气和最佳点火时间，使发动机始终处在最佳工作状态，发动机的性能(动力性、经济型、排放性)达到最佳。IGBT 是 hsulated Gate Bipolar Transistor (绝缘栅双极型晶体管)的缩写， IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为M0SFET，输出极为PNP 晶体管，它融和了这两种器件的优点，既具有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的优点，又具有双极型器件饱和压降低而容量大的优点，其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。若在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若IGBT的栅极和发射极之间电压为 0V,则MOS截止，切断PNP晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。IGBT与MOSFET —样也是电压控制型器件，在它的栅极一发射极间施加十几V的直流电压，只有在uA级的漏电流流过，基本上不消耗功率。ECM中很重要的一个功能就是点火。要点火就要产生火花，所需的器件包括电源、 电池、变压器(即点火线圈)，以及用于控制变压器初级电流的开关。如果线圈初级绕组中的电流发生瞬间变化(即di/dt值很大)，初级绕组上将产生高压。如果该点火线圈的匝比为N，就能按该绕线匝数比放大原电压。结果是次级上将产生IOkV到20kV的电压，横跨火花塞间隙。一旦该电压超过间隙周围空气的介电常数，将击穿间隙而形成火花。该火花会点燃燃油与空气的混合物，从而产生引擎工作所需的能量。所有的内燃机中都有一个基本电路(汽车点火系统)，而IGBT就是用于点火线圈充电的开关元件。其性能的好坏直接影响ECM的性能。点火IGBT集电极到栅极的雪崩二极管堆建立起“导通”电压，当集电极被来自线圈的反激或尖峰脉冲强迫提升到该电压时，IGBT将导通，此时IGBT会消耗其处于活动区时在线圈中积蓄的剩余能量(而不是将其用于产生火花)。采用这种雪崩“箝位”电路后， IGBT可限制箝位电压，使其远远低于N型外延掺杂/P形基(N epi/P base)半导体的击穿电压，以确保其安全运行。这样就能显著提高点火IGBT对自箝位电感开关(SCIQ能量的承受能力。而这承受能力是一个额定指标，即点火线圈中的能量每次被释放为火花时IGBT 所吸收的能量。通过限制初级线圈上的电压，点火线圈本身也得到过压保护。由此可见，此寄生的保护二极管的性能直接影响着IGBT的工作寿命。
汽车引擎控制器(ECM)的IGBT无法通过自诊断系统来检测其好坏，只能外加电路来测试。目前市场上的IGBT测试装置一般测试功能追求大而全，价格昂贵，且无法测得 IGBT的寄生保护二极管的性能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种体积小、针对性强、操作简单、安全性高的汽车引擎控制器(ECM)的IGBT测试装置及方法，用来专门测试ECM中的IGBT性能，包括IGBT的峰值电流、峰值电压以及寄生保护二极管的性能。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的一种汽车引擎控制器 (ECM)的IGBT测试装置及方法，该装置包括四个通道，每个通道都可以测试IGBT产品的运行情况，该装置包括电源模块、信号控制模块、信号测试模块和CAN通信模块，所述信号测试模块与IGBT产品相连，通过对电压或电流波形的采样及AD转换来判断IGBT产品的好坏以及其性能，其中，电源模块包括一低压差固定、可调正电压的稳压器和一基准电压器。作为本发明的进一步改进，所述的一低压差固定、可调正电压的稳压器采用 NCPl 117 ；所述的一基准电压器采用REF192。作为本发明的进一步改进，所述信号控制模块采用STM32F103。作为本发明的进一步改进，所述信号测试模块包括一 600V的N沟道M0SFET、一 IA 峰值高压半桥栅极驱动器、一电流检测传感器和一 MSPS模数转换器。作为本发明的进一步改进，所述的600V的N沟道MOSFET采用芯片5N60C。作为本发明的进一步改进，所述CAN通信模块包括一 3. 3V CAN收发器。作为本发明的进一步改进，所述3. 3V CAN收发器采用SN65HVD230。与现有技术相比，本发明的有益效果是本发明具有体积小、针对性强、操作简单和安全性高的特点。
图1表示本发明的一实施方式中整体框图；图2表示本发明的一实施方式中电源模块的电路原理图；图3表示本发明的一实施方式中信号控制模块的电路原理图；图4表示本发明的一实施方式中信号测试模块的电路原理图；图5表示本发明的一实施方式中CAN模式选择模块的电路原理图；图6表示本发明的一实施方式中测试电压和电流曲线图。
具体实施例方式以下将结合附图对本发明的一优选实施方式进行详尽地描述。请参照图1，所述的汽车引擎控制器(ECM)的IGBT测试装置及方法包括四个通道， 每个通道都可以测试IGBT产品的运行情况，所述的测试装置包括电源模块、信号控制模块、信号测试模块和CAN通信模块，所述的信号测试模块与IGBT产品相连，通过对电压、电流波形的采样及AD转换来判断IGBT的好坏以及其性能，也可以用示波器观察到输出电压或电流的波形判断IGBT产品的好坏。
请参照图2所示，本实施方式中，电源模块包括一低压差固定及可调正电压稳压器和一基准电压器。优选地，所述的一低压差固定及可调正电压稳压器采用NCP1117，它提供超过1. OA的输出电流，在整个工作温度范围内输出电流可达800mA，且最大压差只有 1. 2V。所述的NCPl 117的3脚INPUT与汽车电平电压+12V相连接，2脚和4脚输出电压 +3. 3V，给信号控制模块、信号测试模块和CAN模式选择模块供电。优选地，所述的一基准电压器采用REF192，2脚VS与汽车电平电压+12V相连接，6脚OUTPUT输出参考电压+3. 3V, 给信号控制模块和信号测试模块提供参考电压。请参照图3所示，本实施方式中，优选地，信号控制模块采用STM32F103，所述的 STM32F103是意法半导体推出的新型STM32互连型(Connectivity)系列微控制器中的一款性能较强产品，此芯片集成了各种高性能工业标准接口，且STM32不同型号产品在引脚和软件上具有完美的兼容性，可以轻松适应更多的应用。新STM32的标准外设包括10个定时器、两个12位1-Msample/s AD(模数转换器)(快速交替模式下2M sample/s)、两个 12位DA (数模转换器)、五个USART接口和三个SPI端口、两路CAN2. OB接口，以及以太网 10/100MAC模块。此芯片可以满足工业、医疗、楼宇自动化、家庭音响和家电市场多种产品需求。本实施方式中，所述的STM32F103通信方式包括UART串口通信和CAN通信两种。数据总线DO D9将经AD9203芯片A/D转换好的数据传输到CPU中进行分析。请参照图4所示，本实施方式中，信号测试模块包括一 600V的N沟道M0SFET、一 IA峰值高压半桥栅极驱动器、一电流检测传感器和一 MSPS模数转换器。优选地，所述的一 600V的N沟道MOSFET采用芯片5N60C，5N60C是N沟道MOS场效应管，漏极电流4. 5A， D-S耐压600V，常用于开关电源中作开关管，所述的5N60C的源极与大功率电感Ll相连，漏极与大功率R19相连，匹配测试接入电路中的IGBT产品。所述的IA峰值高压半桥栅极驱动器采用芯片LM5109B，所述的LM5109B的6脚与所述的600V的N沟道MOSFET的栅极相连，7脚与栅极门驱动相连，以驱动栅极电流。所述的一电流检测传感器采用芯片MAX4376， MAX4376是MAXIM公司的单、双、四精密高端检测电流放大器。它的特点是全量程典型精度为士0. 5%;工作电压范围宽，从3￥到观乂 ；由外部敏感电流电阻来调整全量程负载电流； 输出电压经缓冲，有2mA驱动电流；工作电流小(典型值为ImA)；可工作电流在汽车工作温度范围，从_40°C到125°C ；所述MAX4376通过4、6脚连接小电阻R47，经放大得到一模拟电压，由引脚4输入至CPU的AD转换通道，得到数字量，从而得到电流的波形数字值。所述的一 MSPS模数转换器采用芯片AD9203，所述的一 MSPS模数转换器AD9203是一款单芯片、10 位、40MSPS模数转换器(ADC)，采用单电源供电，内置一个片内基准电压源，它采用多级差分流水线架构，数据速率达40MSPS，在整个工作温度范围内保证无失码。输入范围可在IV P-P至2V p-p之间进行调整。所述AD9203的3脚 12脚与所述的信号控制模块相连作数据总线，25脚接待转换的模拟电压输入，IGBT放电瞬间产生的高压被其寄生的二极管箝位到400V左右，经R51、R50分压，进入AD9203进行采样，从而实现信号的转换和测试。请参照图5所示，本实施方式中，CAN通信模块包括一 3.3V CAN收发器。优选地，所述的3. 3V CAN收发器是SN65HVD230，SN65HVD230是德州仪器公司生产的3. 3V CAN 收发器，该器件适用于较高通讯速率、良好抗干扰能力和高可靠性CAN总线的串行通信。 SN65HVD230具有高速、斜率和等待3种不同的工作模式。其工作模式控制可通过8脚Rs 控制引脚来实现。CAN控制器的输出引脚Tx接到SN65HVD230的数据输入端1脚D，可将此CAN节点发送的数据传送到CAN网络中；而CAN控制器的接收引脚Rx与SN65HVD230的数据输出端4脚R相连，用于接收数据。IGBT电流与电压波形经过AD转换的数字量，由CAN 总线发送到控制板上进行处理，用以诊断IGBT的好坏。请参照图6所示，本实施方式中，将示波器连接到被测信号两端，分析电压和电流波形图得到IGBT产品的性能。结合所述的信号测试模块将工作过程叙述如下接入IGBT 产品产生高低电平，当产生高电平时，产品内部的IGBT导通，IGBT对电感Ll线性充电，电流大约在6-10A，IGBT集电极被拉到地，电压接近于0 ；当产生高电平时，电感放电，此时5N60C 还处于断开状态，集电极将产生高压，但由于寄生二极管的保护作用，使其电压稳定在400V 左右，此时AD测得的峰值电压即为寄生二极管的性能指标。维持Ius后，控制模块使所述的IA峰值高压半桥栅极驱动器LM5109B驱动5N60C栅极导通，此时大功率电感Ll和大电阻R19组成的RL—阶电路处于放电状态，电流迅速减小到150V，但由于IGBT寄生电容的作用使其会出现一个抖动的过程，如图6电压的下降沿波形，最后缓慢发电直至12V。与现有技术相比，本发明提供的适用于汽车引擎控制器的老化测试设备具有体积小、针对性强、操作简单和安全性高的特点。尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代是可能的。
权利要求
1.一种汽车引擎控制器(ECM)的IGBT测试装置及方法，其特征在于，该装置包括四个通道，每个通道都可以测试IGBT产品的运行情况，该装置包括电源模块、信号控制模块、 信号测试模块和CAN通信模块，所述信号测试模块与IGBT产品相连，通过对电压或电流波形的采样及AD转换来判断IGBT产品的好坏以及其性能，其中，电源模块包括一低压差固定、可调正电压的稳压器和一基准电压器。
2.根据权利要求1所述的测试装置及方法，其特征在于所述的一低压差固定、可调正电压的稳压器采用NCP1117 ；所述的一基准电压器采用REF192。
3.根据权利要求2所述的测试装置及方法，其特征在于所述信号控制模块采用 STM32F103。
4.根据权利要求3所述的测试装置及方法，其特征在于所述信号测试模块包括一 600V的N沟道M0SFET、一 IA峰值高压半桥栅极驱动器、一电流检测传感器和一 MSPS模数转换器。
5.根据权利要求4所述的测试装置及方法，其特征在于所述的600V的N沟道MOSFET 采用芯片5N60C。
6.根据权利要求1所述的测试装置及方法，其特征在于所述CAN通信模块包括一 3. 3V CAN收发器。
7.根据权利要求6所述的测试装置及方法，具特征在于所述3.3V CAN收发器采用 SN65HVD230。
全文摘要
本发明提供了一种汽车引擎控制器(ECM)的IGBT测试装置及方法，所述的汽车引擎控制器(ECM)的IGBT测试装置包括四个通道，每个通道都可以测试产品中IGBT的运行情况，所述的IGBT测试装置包括电源模块、信号控制模块、信号测试模块和CAN通信模块，所述的信号测试模块与IGBT产品相连，通过示波器输出电压和电流的波形分析性能判断IGBT产品的好坏，本发明具有体积小、针对性强、操作简单和安全性高的特点。
文档编号G05B23/02GK102393502SQ20111041950
公开日2012年3月28日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者倪峰 申请人:苏州凌创电子科技有限公司