IGBT功率单元测试大纲.doc

IGBT功率单元测试大纲IGBT功率单元测试平台示意图：图1 直流电压产生电路其中QF为断路器，KM为接触器（绿色按钮），T1为调压器。图2 功率单元测试电路图3 IGBT功率单元注意事项：(1) 上380V主电前应将变压器旋钮调至零电压附近位置；(2) 放电开关K1初始状态应为关断状态，并且接触器KM与放电开关K1不可以同时接通；(3) 本测试方案中以驱动板的安装方向为正方向，则上管为右侧IGBT，下管为左侧IGBT；(4) 测试平台初始状态为负载电阻RL并联在下管C、E两端，即上管带负载；(5) 所有排线应与实际变流器柜中排线一致，包括温度板与驱动板之间的三根彩排、CPU板与温度板之间的两根排线；(6) 注意一定要在主电断电、电路板断电的情况下进行探头以及连线的更换，注意人身以及功率单元的安全；(7) 注意在拆卸之后每一个螺丝一定要拧紧！(8) 在所有测试之前，应确保所用CPU板所烧程序为测试程序。工具准备：示波器1台，差分探头（型号P5200）2个，电流探头（型号i2000 flex）1个，开关电源1套，以及必备拆卸工具若干。需要CPU板1块，温度板1块，驱动板3块。 在做所有测试前应将电源接到温度板上，CPU板通过X2、X3端子与温度板相连，温度板通过X31、X32、X33端子分别与三块驱动板的X2端子相连，其中温度板X31端子与安装在功率单元上的1块驱动板相连。示波器接法：(1) 将一个差分探头（下面称差分探头1）选择1/50V量程，接在示波器的第1通道，用以测量栅极驱动信号（15V），设置示波器该通道倍率为50，每格10V。(2) 将另一个差分探头（下面称差分探头2）选择1/50V量程，接在示波器第2通道，用以测量栅极驱动信号（15V）或者IGBT的CE两端电压（测试中最大可到达1000V左右），设置示波器该通道倍率为50，每格10V。(3) 电流探头量程设置为200A，接在示波器第3通道，并调整该通道为测量电流模式，设置示波器该通道倍率为100，每格20A。一、死区时间测试测试前准备：(1) 确认接触器KM断开、电路板掉电、放电开关K1处于断开状态；(2) 差分探头1接上管的G、E两端：红色表笔夹在驱动板D19右端，黑色表笔夹在D21或R7左端；(3) 差分探头2接下管的G、E两端：红色表笔夹在驱动板D18右端，黑色表笔夹在D20或R4左端。测试步骤：(1) 注意：该测试不上380V主电。接通电路板电源，从示波器上应该可以看到1通道和2通道均为-15V电平，如果不是则检查探头连接及示波器设置是否正确。(2) 打开上位机界面，在“串口设置”中选择正确的串口号，如图4所示。图4 串口设置选项卡(3) 调整示波器设置（即设置为源1的下降沿触发模式），在“PWM脉冲数目设置”选项卡点击数字“2”，即为设置双脉冲模式，注意此时右下方红色数字显示为“2”，如图5所示。图5 PWM脉冲数目设置选项卡（双脉冲模式）(4) 设置完毕后，即可捕捉上管关断、下管开通时的示波器波形，正确波形如图6所示，图中也给出了死区的计算方法，死区时间约为10.6微秒，绝对误差应小于1微秒，若死区时间过长或过短则不予通过。图6 死区时间测试波形（上管关断、下管导通时）(4) 填写表一，并对有问题波形进行存储、记录。(5) 调整示波器设置（改为源2的下降沿触发模式）后再次点击“PWM脉冲数目设置”选项卡中数字“2”，捕捉上管导通、下管关断时的示波器波形，正确波形如图7所示，死区时间应与上管关断、下管导通时死区时间一致，为10.6微秒，绝对误差应小于1微秒，若死区时间过长或过短则不予通过。图7 死区时间测试波形（下管关断、上管导通时）(6) 填写表一，并对有问题波形进行存储、记录，之后关闭程序并断掉电路板电源。表一 死区测试结果死区时间正确的死区时间（单位：微秒）误差（单位：微秒）允许误差（单位：微秒）波形是否合格上管关断、下管导通10.61下管关断、上管导通10.61二、带载测试 差分探头2的量程改为1/500V，设置示波器该通道倍率为500，每格250V。1、上管带载测试测试前准备：(1) 确认接触器KM断开、电路板掉电，放电开关K1处于断开状态；(2) 检查电路，确认15/70A电阻并联在下管的C、E两端，如图2所示电路；(3) 差分探头1接在上管的G、E两端用来测试上管的栅极驱动信号Vg：红色表笔夹在驱动板D19右端，黑色表笔夹在D21或R7左端，如图8所示；(4) 将差分探头2表笔换成夹子，接在上管C、E两端用来测试加在IGBT两端的电压Vce：红色夹子加在上管的C端，黑色夹子夹在E端，如图8所示。调整对应示波器通道设置，每格250V；(5) 电流探头接功率单元交流输出端与负母线之间的连线上，以流出方向为正，用来测试集电极电流IC，如图8所示。图8 上管带载测试中探头接法测试步骤：(1) 接通电路板电源，此时示波器1通道波形应为-15V电平，其他两个应无波形，若不是则检查示探头或示波器设置是否正确。(2) 打开上位机界面，在“串口设置”中选择正确的串口号，见图4。(3) 注意此时放电开关处于关断状态！按下接触器KM接通380V交流电源，调节调压器T1使直流母线电压到达1000V左右，待稳定后关断接触器KM； (4) 调整示波器设置（即修改为源1的上升沿触发模式），在“PWM脉冲数目设置”选项卡中点击数字“1”，即设置为脉冲数为1，此时捕获上管导通时的三个波形，如图9所示，存储波形并编号。图9 PWM脉冲数目设置选项卡（单脉冲模式）(5) 分析图10所示波形。对于上管导通时，驱动信号（黄色）由-15V快速上升到10V左右，此时开关管导通，上升时间约为1.6微秒，之后在10V附近进入平台区，大约1个多微秒后缓慢上升到+15V；在开关管导通时刻，电压VCE（浅蓝色）迅速降为0，集电极电流（紫色）缓慢上升并稳定在65A左右，若捕获波形与此一致则该测试通过，否则不予通过；图10 上管带载测试波形（上管导通时）(6) 调整示波器设置（即修改为源1的下降沿触发模式），捕获上管关断时的三个波形，如图11所示，存储波形并编号；图11上管带载测试波形（上管关断时）(7) 关闭程序，接通放电开关，对电路进行放电，当直流母线电压平缓降到并稳定在0V（或10V以下）后，复位放电开关。(8) 分析图11所示波形。对于上管关断时，上管经过约1.2微秒后关断（黄色），电压VCE（浅蓝色）迅速上升到1000V左右，集电极电流（紫色）由65A左右缓慢降为0A。若捕获波形与此一致则该测试通过，否则不予通过。2、下管带载测试测试前准备：(1) 确认接触器KM断开、电路板掉电，放电开关K1处于断开状态；(2) 将原来并联在下管CE两端的15/70A电阻与负母线间连线断开，并将此连线接至正母线进线端子上，如图12所示；(3) 差分探头1接在下管的G、E两端用来测试上管的栅极驱动信号Vg：红色表笔夹在驱动板D18右端，黑色表笔夹在D20或R4左端，如图12所示；(4) 将差分探头2表笔换成夹子，接在下管C、E两端用来测试加在IGBT两端的电压Vce：红色夹子加在下管的C端，黑色夹子夹在E端，如图12所示。调整对应示波器通道设置，每格250V；(5) 电流探头连接方式同上管带载测试，用来测试集电极电流IC，如图12所示。图12 下管带载测试中探头接法测试方法：同上管带载测试方法，需要分别捕获下管导通和关断两种情况下的波形并存储，进行同样的波形分析。填写表二。表二 带载测试结果驱动信号上升或下降时间（微秒）驱动信号平台时间（微秒）电压上升或下降时间（微秒）电流上升或下降时间（微秒）波形是否一致测量值正确值误差测量值正确值误差测量值正确值误差测量值正确值误差上管带载测试上管导通时1.61.60.26上管关断时20.60.46下管带载测试下管导通时1.61.60.26下管关断时20.60.46三、短路测试注意：短路测试只可以做1次，频繁做此测试会损坏IGBT。测试前准备：(1) 确认主电掉电、电路板掉电，放电开关处于断开状态；(2) 去掉IGBT上并联的电阻负载RL及其连线，将上管的C、E两端在功率单元上直接短接，如图13所示；(3) 差分探头1接在下管的G、E两端用来测试下管的栅极驱动信号Vg：红色表笔夹在驱动板D18右端，黑色表笔夹在D20或R4左端，如图13所示；(4) 将差分探头2表笔换成夹子，接在下管C、E两端用来测试加在IGBT两端的电压Vce：红色夹子加在下管的C端，黑色夹子夹在E端，如图13所示。调整示波器设置（即修改为源1的上升沿触发模式，通道2改为每格250V；图13 短路测试中探头接法测试步骤：(1) 接通电路板电源，此时示波器1通道应为-15V电平，示波器2通道无波形，如果不是则检查连线及示波器设置是否正确；(2) 打开上位机界面，在“串口设置”中选择正确的串口号，见图4。(3) 按下接触器KM接通380V电源，调节调压器T1使直流母线电压（即示波器2通道所示电压）到达400V左右，待稳定后关断接触器KM；(4) 调整示波器设置，在“PWM脉冲数目设置”选项卡中点击数字“1”，即设置为脉冲数为1，捕获下管导通时的波形