摘 要： IPM測(cè)試需要測(cè)試多個(gè)參數(shù)，這些不同的參數(shù)需要不同的測(cè)試平臺(tái)。本文通過(guò)對(duì)各種不同參數(shù)的測(cè)試方法進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)。

問(wèn)題的提出
火車(chē)機(jī)車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)中普遍使用的智能功率模塊IPM(Intelligent Power Module)是電力集成電路的一種，集功率器件(IGBT)、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)功能于一體，內(nèi)部含有門(mén)極驅(qū)動(dòng)控制、故障檢測(cè)和多種保護(hù)電路，其核心器件是IGBT。實(shí)際使用過(guò)程中，由于沒(méi)有簡(jiǎn)單的方法判斷出IPM質(zhì)量的好壞，一旦IPM出現(xiàn)了質(zhì)疑問(wèn)題就只能丟棄，造成了巨大的浪費(fèi)。因此，對(duì)IPM器件的性能測(cè)試有著重要的實(shí)際意義。本測(cè)試中的IPM器件型號(hào)為PM300DSA120，根據(jù)測(cè)量出的各個(gè)參數(shù)值與參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較來(lái)評(píng)定該器件的好壞。

圖1 多測(cè)試平臺(tái)的連接原理圖

圖2 IPM測(cè)試原理圖

自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)方案研究
信號(hào)源的輸入
本測(cè)試中所需的信號(hào)源有三種：高電平直流5V電源，控制IPM截止；脈沖信號(hào)，控制IPM通斷；低電平，控制IPM導(dǎo)通。其中直流5V電源由電源直接提供；低電平可直接接地；脈沖電源由AC4071芯片產(chǎn)生。AC4071芯片中包含3片8253，每片8253含有三個(gè)計(jì)數(shù)器。由于系統(tǒng)所要求的脈沖電源的特點(diǎn)是占空比為1：1000，周期為1s，這是普通電源無(wú)法滿(mǎn)足的，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)中利用8253的兩個(gè)計(jì)數(shù)器的通道進(jìn)行串聯(lián)以產(chǎn)生頻率、占空比可變的定時(shí)脈沖信號(hào)。
負(fù)載及其電壓量、電流量的切換
在測(cè)試電路中，有兩類(lèi)負(fù)載：一類(lèi)為高電壓、小電流的情況，此時(shí)電壓為600V，電流最大為300mA，電阻約為2KΩ，功率為180W；另一類(lèi)為低電壓、大電流的情況，此時(shí)電壓為60V，電阻為0.2W，電流為300A，負(fù)載功率可達(dá)18KW。但這樣的電阻很難制作，因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，采用了180W的電阻，在控制端發(fā)出占空比為1:1000的脈沖，使負(fù)載的導(dǎo)通時(shí)間亦為0.1％, 這樣，負(fù)載功率就不會(huì)超過(guò)180W。負(fù)載電阻根據(jù)需求選擇其中之一接入。
電源分為兩種，一為大電壓、小電流，可在300~1200V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；一為小電壓、大電流，輸出電流可在0~300A范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，可根據(jù)需求接入其中之一，并且可用手動(dòng)方法調(diào)節(jié)電壓、電流的大小。
連接電路控制器
該測(cè)試平臺(tái)連接原理如圖1所示，其連接控制器通過(guò)控制連接一、連接二和連接三來(lái)實(shí)現(xiàn)其測(cè)試IPM各項(xiàng)參數(shù)的目的。其中連接一可按需要切換各種信號(hào)源，還可將輸入信號(hào)接入測(cè)量電路；連接二可按需要切換各種負(fù)載和用以測(cè)量電壓、電流傳感器；連接三可按需要切換不同的可調(diào)輸入電源。
連接電路控制器為中間繼電器，由24V直流電源供電，每個(gè)繼電器帶有4路常開(kāi)觸點(diǎn)和4路常閉觸點(diǎn)。其控制信號(hào)由AC4071上16路輸出信號(hào)加以控制。AC4071板上的輸出的信號(hào)可編程。連接電路控制器僅起靜態(tài)連接作用，即在組建一種測(cè)試平臺(tái)前，由工控機(jī)經(jīng)AC4071板發(fā)出輸出控制信號(hào)，控制繼電器進(jìn)行連接。為確保連接正確，將反饋信號(hào)輸入，以檢測(cè)連接是否成功。一旦進(jìn)入測(cè)試狀態(tài)后，這種連接平臺(tái)就不再改變，直至測(cè)試結(jié)束。這種靜態(tài)的平臺(tái)連接方法，可以保證在測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試工作的安全可靠。

問(wèn)題的處理
測(cè)試中，有一些特殊參數(shù)須加注意，如：ton，是指在輸入一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，IPM的響應(yīng)時(shí)間與下降沿之間的時(shí)間關(guān)系，該參數(shù)一般是由操作人員現(xiàn)場(chǎng)使用雙蹤示波器觀看。而在本課題中，筆者通過(guò)計(jì)算機(jī)連接兩個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)通道，用數(shù)據(jù)采集的辦法，采集兩條曲線(xiàn)，并對(duì)兩曲線(xiàn)進(jìn)行比較分析，得到時(shí)間參(常)數(shù)。由于ton、toff等參數(shù)為0.1ms的數(shù)量級(jí)，因此，該測(cè)試系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集速率可達(dá)30MHz。
由于系統(tǒng)需測(cè)試的參數(shù)，如ton、trr、toff等，均定義在兩條相關(guān)曲線(xiàn)的相互位置上，因此，在研制過(guò)程中，對(duì)于這些參數(shù)的處理都給予了特殊的重視。這些相關(guān)的曲線(xiàn)，并非理想曲線(xiàn)，因此，這里采用了兩項(xiàng)關(guān)鍵的處理技術(shù)。其一，是在兩條曲線(xiàn)的對(duì)齊上(即兩條曲線(xiàn)在時(shí)間上的ns級(jí)同步)，采用ns級(jí)的觸發(fā)上升沿，同時(shí)啟動(dòng)兩個(gè)A/D通道來(lái)采集，使它們可在ns級(jí)的誤差范圍內(nèi)同時(shí)工作；其二，是抗干擾技術(shù)。由于所采集的曲線(xiàn)干擾較大，我們采用數(shù)字濾波技術(shù)來(lái)濾掉干擾。
自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)
我們所設(shè)計(jì)的自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的原理圖如圖2所示。
根據(jù)測(cè)試功能的不同將圖2分為四個(gè)區(qū)。其中(I)區(qū)為信號(hào)源輸入控制區(qū)，可按需要切換各種信號(hào)源，并可將輸入信號(hào)接入測(cè)量電路；(II)區(qū)為供電源及負(fù)載選擇區(qū)，可按需要切換各種負(fù)載和測(cè)量電壓、電流傳感器，并可用來(lái)切換不同的可調(diào)輸入電源；(III)區(qū)為三級(jí)驅(qū)動(dòng)的繼電器區(qū)，由計(jì)算機(jī)ISA總線(xiàn)插槽中的AC4071 I/O信號(hào)來(lái)控制繼電器(J1A，J1B，J2A，J2B，J3......J7)閉合從而確定輸入不同的電源信號(hào)和輸出到A/D板中的不同信號(hào)測(cè)試點(diǎn)。(Ⅳ)區(qū)為數(shù)據(jù)采集區(qū)，從電壓、電流傳感器接收的數(shù)據(jù)通過(guò)A/D0、A/D1兩個(gè)端口采集到計(jì)算機(jī)ISA總線(xiàn)插槽中的AC1030板(A/D轉(zhuǎn)換板)上，并以表格、圖象等方式加以顯示。

結(jié)語(yǔ)
本測(cè)試平臺(tái)是以繼電器為主要控制器件的可編程靜態(tài)自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，一旦系統(tǒng)進(jìn)入測(cè)試狀態(tài)后，連接平臺(tái)將不再改變，直至測(cè)試結(jié)束。從而保證了測(cè)試工作的安全可靠。此外，本測(cè)試平臺(tái)可以進(jìn)一步發(fā)展成為動(dòng)態(tài)測(cè)試平臺(tái)。動(dòng)態(tài)測(cè)試平臺(tái)是在靜態(tài)測(cè)試平臺(tái)的基礎(chǔ)上組建的一種多功能平臺(tái)，可以根據(jù)工作需要而改變，以滿(mǎn)足更高的需求。具體做法是在火車(chē)機(jī)車(chē)中直接用傳感器對(duì)IPM進(jìn)行參數(shù)測(cè)試，然后通過(guò)軟件將測(cè)試結(jié)果傳送到控制平臺(tái)中，控制平臺(tái)根據(jù)傳送的參數(shù)用和靜態(tài)測(cè)試平臺(tái)相同的方法進(jìn)行判斷，從而得出器件的好壞。此做法的好處是可以動(dòng)態(tài)的了解器件的性能，能夠?qū)崟r(shí)的反應(yīng)器件的好壞。此IPM器件測(cè)試系統(tǒng)受北京鐵路局有關(guān)部門(mén)委托開(kāi)發(fā)，現(xiàn)已投入實(shí)際使用。