功率模块测试系统的制作方法

本实用新型涉及测试技术领域，具体涉及一种功率模块测试系统。

背景技术：

进入新世纪，随着全球自然资源的逐渐枯竭，光伏发电对缓解日益严重的能源危机和环境问题具有十分重要的意义。光伏发电技术和其他可再生能源技术一样，是解决能源危机的重要手段。

在目前的几种新能源技术中，光伏发电以独特的前景优势被定为未来最有优势的能源，有无穷无尽的潜力。作为光伏应用系统中的重要组成部分，光伏逆变器将会快速发展，众多光伏逆变器生产企业已经从刚起步时生产小功率逆变器(30kW以下)逐渐发展到生产大型逆变器(以250Kw、400kW、500kW为主)，并大量应用于各国的光伏电站。测试作为逆变器出厂的重要环节，只有通过测试的逆变器才能够出厂，而对逆变器测试主要是指对其核心器件即绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)功率模块的测试，因此，搭建功率模块测试装置是必须的。

现有技术中，也有一些功率模块的测试装置，但目前这些测试装置基本上都只是对IGBT功率模块整体工作是否正常的简单测试，不能够实现对功率模块各构成部分的测试与状态判断。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种功率模块测试系统，该系统通过简单的线路连接即可实现对IGBT功率模块的IGBT模块和IGBT驱动板的测试。

根据本实用新型的一个方面，提供一种功率模块测试系统，用于对待测试的绝缘栅双极型晶体管IGBT功率模块进行测试，IGBT功率模块包含IGBT驱动板、IGBT模块和第一电流传感器，该测试系统包括直流供电模块、控制模块、指示灯和电阻，控制模块用于控制是否向IGBT驱动板下发驱动信号，指示灯，用于指示IGBT模块是否正常，电阻，用于检测第一电流传感器是否正常；

直流供电模块分别与控制模块、IGBT驱动板、IGBT模块和第一电流传感器连接，控制模块(120)分别与IGBT驱动板和第一电流传感器的输出端连接，两个指示灯串联后并联于IGBT模块上，两个指示灯中的一个与IGBT模块的上桥臂并联，另一个与IGBT模块的下桥臂并联；

第一电流传感器通过采样线连接在上桥臂和下桥臂的连接线上，电阻分别连接在采样线与上桥臂的IGBT集电极之间以及采样线与下桥臂的IGBT发射极之间。

根据本实用新型的一个方面，直流供电模块与IGBT模块内置的负温度系数NTC温度传感器连接，控制模块与NTC温度传感器的输出端连接，以用于根据NTC温度传感器输出的电信号判断NTC温度传感器是否正常。

根据本实用新型的一个方面，测试系统还包括连接于IGBT模块的直流母线正极线上的第二电流传感器，和/或，连接于IGBT模块直流母线正负极线之间的电压传感器；

直流供电模块与第二电流传感器连接，和/或，直流供电模块与电压传感器连接；

控制模块与第二电流传感器的输出端连接，和/或，控制模块与电压传感器连接。

根据本实用新型的一个方面，控制模块包括主控板，测试系统还包括上位机，主控板，用于根据上位机的控制指令控制是否向IGBT驱动板下发驱动信号，主控板的输入端与上位机连接，主控板的输出端与所述IGBT驱动板连接。

根据本实用新型的一个方面，控制模块还包括从控制器，从控制器用于将主控板下发的驱动信号发送至IGBT驱动板，主控板通过从控制器与IGBT驱动板连接。

根据本实用新型的一个方面，测试系统还包括用于实现供电隔离的接口板，直流供电模块通过接口板分别与从控制器和IGBT驱动板连接。

根据本实用新型的一个方面，测试系统还包括用于显示测试结果的显示模块，显示模块与控制模块连接，或者，显示模块与上位机连接，或者，主控板通过显示模块与上位机连接。

根据本实用新型的一个方面，直流供电模块包括与控制模块连接的第一供电单元、与IGBT驱动板连接的第二供电单元、以及与IGBT模块连接的第三供电单元。

根据本实用新型的一个方面，第三供电单元包括依次连接的市电电源、接触器和直流开关电源，直流开关电源的输出端与IGBT模块连接，控制模块与接触器连接。

根据本实用新型的一个方面，IGBT功率模块包括由三个IGBT模块并联形成三相桥电路。

本实用新型实施例的功率模块测试系统，由直流供电模块供电、通过将控制模块、指示灯和电阻按照一定的连接关系连接于需要进行测试的IGBT功率模块上，通过本实用新型实施例的功率模块测试系统，能够同时实现对IGBT功率模块中的IGBT模块、IGBT驱动板和电流传感器的测试，且测试系统与IGBT功率模块的连线简单易实现，更符合实际测试需求。

附图说明

通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显,其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1为本实用新型第一实施例中一种功率模块测试系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中IGBT模块与指示灯和电阻的连接结构示意图；

图3为本实用新型第二实施例中一种功率模块测试系统的结构示意图；

图4为本实用新型第三实施例中一种功率模块测试系统的结构示意图；

图5为本实用新型第四实施例中一种功率模块测试系统的结构示意图；

图6为本实用新型第五实施例中一种功率模块测试系统的结构示意图；

图7为本实用新型第六实施例中一种功率模块测试系统的结构示意图；

图8为本实用新型实施例中直流供电模块的结构示意图；

图9为本实用新型实施例中第三供电单元的结构示意图；

图10为本实用新型第七实施例中一种功率模块测试系统的结构示意图；

图11为本实用新型具体实施例中一种功率模块测试系统的结构示意图；

图12为本实用新型具体实施例中功率模块测试系统的主回路部分的电路示意图。

其中：

110-直流供电模块；120-控制模块；130-指示灯；140-电阻；150-第二电流传感器；160-电压传感器；170-上位机；180-接口板；190-电源警示灯；

200-IGBT功率模块；210-IGBT驱动板；220-IGBT模块；230-第一电流传感器；240-NTC温度传感器；

111-第一供电单元；112-第二供电单元；113-第三供电单元；

121-主控板；122-从控制器；123-显示模块；

1-市电电源；2-电路保护开关；3-接触器；4-直流开关电源。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。本实用新型决不限于下面所提出的任何具体配置，而是在不脱离本实用新型的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊。

图1示出了本实用新型一个实施例中一种功率模块测试系统的结构示意图。本实用新型实施例的功率模块测试系统用于对待测试的绝缘栅双极型晶体管IGBT功率模块200进行测试。由图中可以看出，该功率模块测试系统主要可以包括直流供电模块110、控制模块120、指示灯130和电阻140，IGBT功率模块可以包括IGBT驱动板210、IGBT模块220和第一电流传感器230。在需要对IGBT功率模块200进行测试时，直流供电模块110用于向测试系统和IGBT功率模块200中的各部分供电，控制模块120用于控制是否向IGBT驱动板210下发驱动信号，即控制IGBT功率模块200的IGBT模块220是否导通，指示灯130用于指示IGBT模块220是否正常，电阻140用于检测第一电流传感器230是否正常。

在测试时，直流供电模块110分别与控制模块120、驱动板210、IGBT模块220和第一电流传感器230连接，控制模块120分别与IGBT驱动板210和第一电流传感器230的输出端连接，两个指示灯130串联后并联于IGBT模块220上，两个指示灯130中的一个与IGBT模块220的上桥臂并联，另一个与IGBT模块220的下桥臂并联，第一电流传感器230通过采样线连接在上桥臂和下桥臂的连接线上，电阻140分别连接在采样线与上桥臂的IGBT集电极之间以及采样线与下桥臂的IGBT发射极之间。

图3示出了本实用新型实施例中的IGBT模块220与指示灯130(包括图中所示的指示灯131和指示灯132)，以及IGBT模块220和电阻140(包括图中所示的电阻141和电阻142)的连接结构示意图，IGBT模块220包括两个IGBT，上桥臂的IGBT的发射极E与下桥臂的IGBT的集电极C连接。在将IGBT模块220连接于电路中时，上桥臂的IGBT的集电极C连接在直流母线的正极线上，下桥臂的IGBT的发射极E连接在直流母线的负极线上。

本实用新型实施例中，直流供电模块110用于为功率模块测试系统的各部件和IGBT功率模块200的各部件分别提供电源输入。例如，对于IGBT模块220，直流供电模块110分别通过直流母线正极线和直流母线负极线连接到IGBT模块220的两端，为IGBT模块220供电。

需要说明的是，直流供电模块110在提供工作电源时，为各部分提供的电压的大小是根据需要供电部分的工作电压决定的。也就是说，对于不同的待供电部分，直流供电模块110输出的电压可以是不同的。

采用本实用新型实施例图1中所示的功率模块测试系统进行IGBT功率模块200的测试时，可以实现对IGBT模块220是否完好的测试以及IGBT驱动板210是否完好的测试，测试的主要流程可以包括：

直流供电模块110通过直流母线为IGBT模块220施加一个直流电压，控制模块120不向IGBT驱动板210下发驱动信号即IGBT模块220(上桥臂和下桥臂)上未施加驱动信号，如果IGBT模块220完好，上桥臂和下桥臂的IGBT均断开，上述施加的直流电压降在串联的两个指示灯130上，指示灯131和指示灯132均发出光，如果IGBT模块220的一个IGBT故障误导通，则指示灯131和指示灯132中故障的IGBT对应的指示灯被短路，上述施加的直流电压全部降在另一个灯上，则一个灯灭一个灯亮。如果同时向上下桥臂施加驱动信号，正常情况下两个IGBT同时导通，指示灯131和指示灯132均被短路，指示灯131和指示灯132均不发光。

由控制模块120向IGBT驱动板210下发驱动信号，控制IGBT驱动板210向IGBT模块220的上桥臂施加驱动信号，IGBT驱动板210和IGBT模块220均正常时，上桥臂的IGBT导通，上桥臂上并联的指示灯131被短路，上述施加的直流电压全部降在下桥臂上并联的指示灯132上，该指示灯发出亮光(与不向IGBT模块220施加驱动信号时相比)。同样的，如果由控制模块120控制IGBT驱动板210向IGBT模块220的下桥臂施加驱动信号，IGBT驱动板210和IGBT模块220均正常时，下桥臂的IGBT导通，下桥臂上并联的指示灯132被短路，上述施加的直流电压全部降在上桥臂上并联的指示灯131上，该指示灯发出亮光。

可见，通过控制模块120控制在IGBT模块220上所施加的驱动信号的不同，指示灯130的亮、灭、亮的程度也会不同，通过指示灯130的状态可以测试出IGBT模块220是否完好，在IGBT模块220完好时，通过施加驱动信号进一步可以测试出IGBT驱动板210是否完好。

现有IGBT功率模块200的IGBT模块220上桥臂的IGBT与下桥臂的IGBT的共端处一般还会连接有第一电流传感器230，第一电流传感器230用于对IGBT模块220上的电流进行监测。本实用新型实施例的测试系统，控制模块120还用于对第一电流传感器230的输出进行监测，控制模块120可以根据第一电流传感器230的输出和电阻130实现对第一电流传感器230的测试。采用本实用新型实施例的测试系统对第一电流传感器230是否完好进行测试的主要步骤包括：

只在IGBT模块220的上桥臂上施加驱动信号时，上桥臂IGBT导通，上桥臂、采样线以及与下桥臂并联的电阻142在一个回路中，上述施加的直流电压全部降在与下桥臂并联的电阻142上，根据直流电压的电压值和下桥臂并联的电阻的阻值142可以计算回路中的电流值，根据该电流值和第一电流传感器230测得的电流值比对，可以判断第一电流传感器230是否完好。

同样，也可以只在IGBT模块220的下桥臂上施加驱动信号，此时下桥臂IGBT导通，第一电流传感器230测得的是下桥臂、采样线以及与上桥臂并联的电阻141所在回路中的电流值，通过比对测得的电流值和根据施加的直流电压的电压值和上桥臂上并联的电阻141的阻值计算出的电流值，可以判断第一电流传感器230是否完好。

本实用新型实施例中，在IGBT模块220内置有NTC温度传感器240时，直流供电模块110还与NTC温度传感器240连接，控制模块120与NTC温度传感器240的输出端连接，以用于根据所述NTC温度传感器240输出的电信号判断所述NTC温度传感器240是否正常，如图3所示。

控制模块120通过采集NTC温度传感器240的输出，根据采集的电信号计算得到IGBT模块220的温度值，可以根据判断温度值是否在预设的正常温度范围内，验证出IGBT模块220的NTC温度传感器240是否完好。

本实用新型实施例中，测试系统还可以包括连接于IGBT模块220的直流母线正极线上的第二电流传感器150，和/或，连接于IGBT模块220直流母线正负极线之间电压传感器160，如图4所示。

此时，直流供电模块110与第二电流传感器150连接，和/或，直流供电模块110与电压传感器160连接。控制模块120与第二电流传感器150的输出端连接，和/或，控制模块120与电压传感器160的输出端连接。

本实用新型实施例的测试系统，第二电流传感器150用于对IGBT模块220的直流侧电流进行检测，电压传感器160用于对IGBT模块220的直流侧电压进行检测的。通过设置第二电流传感器150和/或电压传感器160，实现对IGBT模块220直流侧电流和/或电压的检测，根据检测出的电流值和/或电压值以及实际的测试连线状态，可以判断出IGBT模块220直流侧的接线情况是否完好。

本实用新型实施例中，控制模块120可以包括主控板121，测试系统还包括上位机170，如图5所示，主控板121的输入端与上位机170连接，主控板121的输出端与IGBT驱动板210连接。

主控板121用于生成驱动信号，接收上位机170的控制指令，根据控制指令控制是否给IGBT驱动板210发送驱动信号、以及是给上桥臂、下桥臂或者是上桥臂和下桥臂施加驱动信号。在实际应用中，测试人员可以根据实际测试需要，通过上位机170向主控板121输出不同的控制指令，完成对IGBT功率模块200的不同组成部分的测试。

本实用新型实施例中，控制模块120还可以包括用于将主控板121下发的驱动信号发送至IGBT驱动板210的从控制器122，如图6所示，主控板121通过从控制器122与IGBT驱动板210连接。

在实际应用中，为了方便测试时的布线以及器件之间的连接，可以将控制模块120分为主控板121和从控制器122两部分，通过从控制器122完成测试系统部分与IGBT功率模块200部分的连接，主控板121通过从控制器122将驱动信号发送至需要测试的IGBT模块220，可降低主控板121上连线的复杂性。

由于测试系统和IGBT功率模块200各部分所需的工作电压可能不同，直流供电模块110为各部分提供的电源也会不同，为了实现直流供电模块110供电的隔离，提供测试的安全性，本实用新型实施例中，测试系统还可以包括接口板180，直流供电模块110通过接口板180分别与从控制器122和IGBT驱动板210连接，如图7所示。

本实用新型实施例中，直流供电模块110包括与控制模块120连接的第一供电单元111、与IGBT驱动板210连接的第二供电单元112和与IGBT模块220连接的第三供电单元113，如图8所示。

在实际应用中，为了将测试部分和被测试部分的供电隔离，通过单独的一路供电即第一供电单元111为控制模块120进行供电，由于IGBT驱动板210和IGBT模块220的工作电压大多情况下也不同，因此，可以通过第二供电单元112和第三供电单元113分别为IGBT驱动板210和IGBT模块220供电。

本实用新型一实施例中，第三供电单元113可以包括依次连接的市电电源1、接触器3和直流开关电源4，如图9所示，直流开关电源4的输出端与IGBT模块220连接，控制模块120与接触器3连接。

市电电源1用于提供市电，市电经直流开关电源4转换为IGBT模块220工作所需的电压。通过设置接触器3，可以在市电电源1供电异常或者测试电路不稳定时，通过控制模块120控制接触器3断开，切断IGBT模块220与供电线路的连接，以保证被测试的IGBT模块220的安全。

本实用新型一实施例中，市电电源1与接触器3之间还可以设有电路保护开关2，如图9所示。通过设置电路保护开关2，可以在市电电源1出现异常时，直接切断市电电源1的供电，保证整个测试电路的安全。

本实用新型实施例中，测试系统还可以包括连接于市电电源1输出端上的电源警示灯190，如图9所示。通过电源警示灯190实现对市电电源1状态的实时监测。

本实用新型实施例中，测试系统还可以包括显示模块123，显示模块123与控制模块120连接，如图10所示。

通过设置显示模块123，实现了对控制模块120的输出以及控制模块120监测采集到的信息进行显示，为测试人员提供了更直观的测试数据。

在实用新型实施例中，若测试系统包括上位机170，显示模块123也可以是与上位机170连接，控制模块120的输出以及监测采集到的信息通过上传到上位机170，由上位机170输出到显示模块123显示。显示模块123也可以设置主控板121与上位机170之间，此时，上位机170与主控板121之间通过显示模块123进行通信，两者传输的上位机170与主控板121之间的交互信息可以显示在显示模块123上。

本实用新型实施例中，IGBT功率模块200包括由三个IGBT模块220并联形成三相桥电路。

为了更详细的说明本实用新型实施例的功率模块测试系统，下面结合具体实施例进行进一步详细的说明。

图11示出了本具体实施例中的功率模块测试系统的结构示意图，图12示出了功率模块测试系统的主回路部分的电路示意图。如图11中所示，本具体实施例中，直流供电模块110是由市电供电经电压转换后提供的直流电压。控制模块120包括主控板121和从控制器122，主控板121与上位机170连接，显示模块123采用了液晶屏实现。主控板121、从控制器122和液晶屏的工作电压为24V直流电源。图11中所示的负载为图12中所示的指示灯H1-H6和电阻R1-R6。

待测试的IGBT功率模块200包括三个并联的IGBT模块220，如图12中所示，三个IGBT模块220构成三相桥电路，三个IGBT模块220的第一电流传感器230分别为A1、A2和A3，三个电流传感器分别对IGBT模块220交流侧的三相电流进行采集。IGBT驱动板210的工作电压为15V直流电源。IGBT模块220的直流母线上的电压为24V直流电源，该供电线路部分的电路保护开关2为开关F1，接触器3为接触器K1，开关电源4为24V开关电源T1，市电经由24V开关电源进行转换后输出至直流母线，直流母线的正极DC+通过正极线连接到IGBT模块220的上桥臂的集电极，直流母线的负极DC-通过负极线连接到IGBT模块220的下桥臂的发射极。直流母线的正负极之间还设有直流侧支撑电容。本具体实施例中，第二电流传感器160为A4，电压传感器为V1，三个IGBT模块220各自内置有NTC温度传感器240(图12中未示出)。

本具体实施例中的功率模块测试系统可以划分为主回路和控制回路两部分。其中，主回路包括开关F1、接触器K1、24V开关电源T1、负载、插座U2、电源警示灯U3、电压传感器V1和电流传感器A4。控制回路包括24V电源、15V电源、主控板121、接口板180、从控制器122、液晶屏及上位机170。其中，插座U2可以作为备用电源，上位机170也可以直接插接在该插座上，插座U2为上位机170的电源。

本具体实施例中的直流供电模块110分为三路，一路24V电源为接口板180、主控板121和液晶屏供电，一路15V电源通过接口板180为IGBT驱动板210供电，接口板180通过排线与从控制器122进行连接，为从控制器122提供24V供电，另一路24V电源通过直流母线为IGBT模块220供电。从控制器122采集IGBT模块220的A、B、C三相温度、三相交流电流，同时通过排线与IGBT驱动板210相连，完成驱动信号的传输，从控制器122通过光纤与主控板121进行通讯，传输电压、电流、温度及驱动信号。主控板121与液晶屏可以通过485通讯接口进行通讯，将电压、电流、温度传输至液晶屏进行显示。主控板121完成IGBT模块220的脉冲宽度调制(PWM)信号即驱动信号的生成，并通过控制从控制器122将PWM驱动信号施加到需要控制的IGBT模块220的上桥臂和/或下桥臂。液晶屏可以通过485通讯接口与上位机170进行通讯，液晶屏将从主控板121接收到的信息上传至上位机170。

本具体实施例的功率测试模块的工作原理为：在IGBT功率模块200的上下桥臂分别并联一个指示灯及电阻，当只给直流母线施加一个24V的直流电压时，IGBT关断，LED指示灯H1、H2、H3、H4、H5、H6均发出微弱的亮光。当给上桥臂的IGBT施加一个驱动信号时，上桥臂导通，上桥臂的指示灯H1、H3、H5及R1、R3、R5被短路，直流母线上施加的24V电压全部降在指示灯H2、H4、H6及R2、R4、R6上，H2、H4、H6发出亮光，同时通过A1、A2和A3分别检测电阻R2、R4、R6上流经的电流，以检测电流传感器A1、A2和A3工作是否正常。控制回路完成IGBT模块220的直流侧电压电流检测，交流侧电流检测及IGBT模块220的温度检测等。

本实用新型实施例提供的功率模块测试系统，通过指示灯的亮与灭及亮的程度检测IGBT及驱动是否完好；通过第一电流传感器的示数来检测IGBT模块的电流传感器的接线及传感器是否完好；通过对IGBT模块内置的NTC温度传感器的监测来判断IGBT模块内部NTC温度传感器是否完好。此外，还可以通过指示灯的亮度、温度显示及电流显示来验证主控板通过从控制器下发的PWM驱动信号是否发送正常，即可以进行控制模块是否正常的验证。

本实用新型可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本实用新型的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本实用新型的范围之中。