專利名稱：汽車引擎控制器(ecm)的igbt測試裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測試裝置，尤其涉及一種汽車引擎控制器(ECM)的IGBT測試裝置及方法。
背景技術(shù)：
發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制模塊(簡稱ECM)具有連續(xù)監(jiān)測并控制發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作運(yùn)轉(zhuǎn)的功能。在現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)中，ECM是其核心控制元件。它可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的不同狀況，向發(fā)動(dòng)機(jī)提供最佳空燃比的混合氣和最佳點(diǎn)火時(shí)間，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終處在最佳工作狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能(動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)型、排放性)達(dá)到最佳。IGBT 是 hsulated Gate Bipolar Transistor (絕緣柵雙極型晶體管)的縮寫， IGBT是由MOSFET和雙極型晶體管復(fù)合而成的一種器件，其輸入極為M0SFET，輸出極為PNP 晶體管，它融和了這兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，既具有MOSFET器件驅(qū)動(dòng)功率小和開關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)，又具有雙極型器件飽和壓降低而容量大的優(yōu)點(diǎn)，其頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間，可正常工作于幾十kHz頻率范圍內(nèi)，在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。若在IGBT的柵極和發(fā)射極之間加上驅(qū)動(dòng)正電壓，則MOSFET導(dǎo)通，這樣PNP晶體管的集電極與基極之間成低阻狀態(tài)而使得晶體管導(dǎo)通；若IGBT的柵極和發(fā)射極之間電壓為 0V,則MOS截止，切斷PNP晶體管基極電流的供給，使得晶體管截止。IGBT與MOSFET —樣也是電壓控制型器件，在它的柵極一發(fā)射極間施加十幾V的直流電壓，只有在uA級的漏電流流過，基本上不消耗功率。ECM中很重要的一個(gè)功能就是點(diǎn)火。要點(diǎn)火就要產(chǎn)生火花，所需的器件包括電源、 電池、變壓器(即點(diǎn)火線圈)，以及用于控制變壓器初級電流的開關(guān)。如果線圈初級繞組中的電流發(fā)生瞬間變化(即di/dt值很大)，初級繞組上將產(chǎn)生高壓。如果該點(diǎn)火線圈的匝比為N，就能按該繞線匝數(shù)比放大原電壓。結(jié)果是次級上將產(chǎn)生IOkV到20kV的電壓，橫跨火花塞間隙。一旦該電壓超過間隙周圍空氣的介電常數(shù)，將擊穿間隙而形成火花。該火花會(huì)點(diǎn)燃燃油與空氣的混合物，從而產(chǎn)生引擎工作所需的能量。所有的內(nèi)燃機(jī)中都有一個(gè)基本電路(汽車點(diǎn)火系統(tǒng))，而IGBT就是用于點(diǎn)火線圈充電的開關(guān)元件。其性能的好壞直接影響ECM的性能。點(diǎn)火IGBT集電極到柵極的雪崩二極管堆建立起“導(dǎo)通”電壓，當(dāng)集電極被來自線圈的反激或尖峰脈沖強(qiáng)迫提升到該電壓時(shí)，IGBT將導(dǎo)通，此時(shí)IGBT會(huì)消耗其處于活動(dòng)區(qū)時(shí)在線圈中積蓄的剩余能量(而不是將其用于產(chǎn)生火花)。采用這種雪崩“箝位”電路后， IGBT可限制箝位電壓，使其遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于N型外延摻雜/P形基(N epi/P base)半導(dǎo)體的擊穿電壓，以確保其安全運(yùn)行。這樣就能顯著提高點(diǎn)火IGBT對自箝位電感開關(guān)(SCIQ能量的承受能力。而這承受能力是一個(gè)額定指標(biāo)，即點(diǎn)火線圈中的能量每次被釋放為火花時(shí)IGBT 所吸收的能量。通過限制初級線圈上的電壓，點(diǎn)火線圈本身也得到過壓保護(hù)。由此可見，此寄生的保護(hù)二極管的性能直接影響著IGBT的工作壽命。
汽車引擎控制器(ECM)的IGBT無法通過自診斷系統(tǒng)來檢測其好壞，只能外加電路來測試。目前市場上的IGBT測試裝置一般測試功能追求大而全，價(jià)格昂貴，且無法測得 IGBT的寄生保護(hù)二極管的性能。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明目的在于提供一種體積小、針對性強(qiáng)、操作簡單、安全性高的汽車引擎控制器(ECM)的IGBT測試裝置及方法，用來專門測試ECM中的IGBT性能，包括IGBT的峰值電流、峰值電壓以及寄生保護(hù)二極管的性能。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種汽車引擎控制器 (ECM)的IGBT測試裝置及方法，該裝置包括四個(gè)通道，每個(gè)通道都可以測試IGBT產(chǎn)品的運(yùn)行情況，該裝置包括電源模塊、信號控制模塊、信號測試模塊和CAN通信模塊，所述信號測試模塊與IGBT產(chǎn)品相連，通過對電壓或電流波形的采樣及AD轉(zhuǎn)換來判斷IGBT產(chǎn)品的好壞以及其性能，其中，電源模塊包括一低壓差固定、可調(diào)正電壓的穩(wěn)壓器和一基準(zhǔn)電壓器。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的一低壓差固定、可調(diào)正電壓的穩(wěn)壓器采用 NCPl 117 ；所述的一基準(zhǔn)電壓器采用REF192。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述信號控制模塊采用STM32F103。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述信號測試模塊包括一 600V的N溝道M0SFET、一 IA 峰值高壓半橋柵極驅(qū)動(dòng)器、一電流檢測傳感器和一 MSPS模數(shù)轉(zhuǎn)換器。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的600V的N溝道MOSFET采用芯片5N60C。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述CAN通信模塊包括一 3. 3V CAN收發(fā)器。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述3. 3V CAN收發(fā)器采用SN65HVD230。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明具有體積小、針對性強(qiáng)、操作簡單和安全性高的特點(diǎn)。


圖1表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中整體框圖；圖2表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中電源模塊的電路原理圖；圖3表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中信號控制模塊的電路原理圖；圖4表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中信號測試模塊的電路原理圖；圖5表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中CAN模式選擇模塊的電路原理圖；圖6表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中測試電壓和電流曲線圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳盡地描述。請參照圖1，所述的汽車引擎控制器(ECM)的IGBT測試裝置及方法包括四個(gè)通道， 每個(gè)通道都可以測試IGBT產(chǎn)品的運(yùn)行情況，所述的測試裝置包括電源模塊、信號控制模塊、信號測試模塊和CAN通信模塊，所述的信號測試模塊與IGBT產(chǎn)品相連，通過對電壓、電流波形的采樣及AD轉(zhuǎn)換來判斷IGBT的好壞以及其性能，也可以用示波器觀察到輸出電壓或電流的波形判斷IGBT產(chǎn)品的好壞。
請參照圖2所示，本實(shí)施方式中，電源模塊包括一低壓差固定及可調(diào)正電壓穩(wěn)壓器和一基準(zhǔn)電壓器。優(yōu)選地，所述的一低壓差固定及可調(diào)正電壓穩(wěn)壓器采用NCP1117，它提供超過1. OA的輸出電流，在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)輸出電流可達(dá)800mA，且最大壓差只有 1. 2V。所述的NCPl 117的3腳INPUT與汽車電平電壓+12V相連接，2腳和4腳輸出電壓 +3. 3V，給信號控制模塊、信號測試模塊和CAN模式選擇模塊供電。優(yōu)選地，所述的一基準(zhǔn)電壓器采用REF192，2腳VS與汽車電平電壓+12V相連接，6腳OUTPUT輸出參考電壓+3. 3V, 給信號控制模塊和信號測試模塊提供參考電壓。請參照圖3所示，本實(shí)施方式中，優(yōu)選地，信號控制模塊采用STM32F103，所述的 STM32F103是意法半導(dǎo)體推出的新型STM32互連型(Connectivity)系列微控制器中的一款性能較強(qiáng)產(chǎn)品，此芯片集成了各種高性能工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，且STM32不同型號產(chǎn)品在引腳和軟件上具有完美的兼容性，可以輕松適應(yīng)更多的應(yīng)用。新STM32的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)包括10個(gè)定時(shí)器、兩個(gè)12位1-Msample/s AD(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)(快速交替模式下2M sample/s)、兩個(gè) 12位DA (數(shù)模轉(zhuǎn)換器)、五個(gè)USART接口和三個(gè)SPI端口、兩路CAN2. OB接口，以及以太網(wǎng) 10/100MAC模塊。此芯片可以滿足工業(yè)、醫(yī)療、樓宇自動(dòng)化、家庭音響和家電市場多種產(chǎn)品需求。本實(shí)施方式中，所述的STM32F103通信方式包括UART串口通信和CAN通信兩種。數(shù)據(jù)總線DO D9將經(jīng)AD9203芯片A/D轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺PU中進(jìn)行分析。請參照圖4所示，本實(shí)施方式中，信號測試模塊包括一 600V的N溝道M0SFET、一 IA峰值高壓半橋柵極驅(qū)動(dòng)器、一電流檢測傳感器和一 MSPS模數(shù)轉(zhuǎn)換器。優(yōu)選地，所述的一 600V的N溝道MOSFET采用芯片5N60C，5N60C是N溝道MOS場效應(yīng)管，漏極電流4. 5A， D-S耐壓600V，常用于開關(guān)電源中作開關(guān)管，所述的5N60C的源極與大功率電感Ll相連，漏極與大功率R19相連，匹配測試接入電路中的IGBT產(chǎn)品。所述的IA峰值高壓半橋柵極驅(qū)動(dòng)器采用芯片LM5109B，所述的LM5109B的6腳與所述的600V的N溝道MOSFET的柵極相連，7腳與柵極門驅(qū)動(dòng)相連，以驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O電流。所述的一電流檢測傳感器采用芯片MAX4376， MAX4376是MAXIM公司的單、雙、四精密高端檢測電流放大器。它的特點(diǎn)是全量程典型精度為士0. 5%;工作電壓范圍寬，從3￥到觀乂 ；由外部敏感電流電阻來調(diào)整全量程負(fù)載電流； 輸出電壓經(jīng)緩沖，有2mA驅(qū)動(dòng)電流；工作電流小(典型值為ImA)；可工作電流在汽車工作溫度范圍，從_40°C到125°C ；所述MAX4376通過4、6腳連接小電阻R47，經(jīng)放大得到一模擬電壓，由引腳4輸入至CPU的AD轉(zhuǎn)換通道，得到數(shù)字量，從而得到電流的波形數(shù)字值。所述的一 MSPS模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用芯片AD9203，所述的一 MSPS模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9203是一款單芯片、10 位、40MSPS模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，采用單電源供電，內(nèi)置一個(gè)片內(nèi)基準(zhǔn)電壓源，它采用多級差分流水線架構(gòu)，數(shù)據(jù)速率達(dá)40MSPS，在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)保證無失碼。輸入范圍可在IV P-P至2V p-p之間進(jìn)行調(diào)整。所述AD9203的3腳 12腳與所述的信號控制模塊相連作數(shù)據(jù)總線，25腳接待轉(zhuǎn)換的模擬電壓輸入，IGBT放電瞬間產(chǎn)生的高壓被其寄生的二極管箝位到400V左右，經(jīng)R51、R50分壓，進(jìn)入AD9203進(jìn)行采樣，從而實(shí)現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換和測試。請參照圖5所示，本實(shí)施方式中，CAN通信模塊包括一 3.3V CAN收發(fā)器。優(yōu)選地，所述的3. 3V CAN收發(fā)器是SN65HVD230，SN65HVD230是德州儀器公司生產(chǎn)的3. 3V CAN 收發(fā)器，該器件適用于較高通訊速率、良好抗干擾能力和高可靠性CAN總線的串行通信。 SN65HVD230具有高速、斜率和等待3種不同的工作模式。其工作模式控制可通過8腳Rs 控制引腳來實(shí)現(xiàn)。CAN控制器的輸出引腳Tx接到SN65HVD230的數(shù)據(jù)輸入端1腳D，可將此CAN節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)傳送到CAN網(wǎng)絡(luò)中；而CAN控制器的接收引腳Rx與SN65HVD230的數(shù)據(jù)輸出端4腳R相連，用于接收數(shù)據(jù)。IGBT電流與電壓波形經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，由CAN 總線發(fā)送到控制板上進(jìn)行處理，用以診斷IGBT的好壞。請參照圖6所示，本實(shí)施方式中，將示波器連接到被測信號兩端，分析電壓和電流波形圖得到IGBT產(chǎn)品的性能。結(jié)合所述的信號測試模塊將工作過程敘述如下接入IGBT 產(chǎn)品產(chǎn)生高低電平，當(dāng)產(chǎn)生高電平時(shí)，產(chǎn)品內(nèi)部的IGBT導(dǎo)通，IGBT對電感Ll線性充電，電流大約在6-10A，IGBT集電極被拉到地，電壓接近于0 ；當(dāng)產(chǎn)生高電平時(shí)，電感放電，此時(shí)5N60C 還處于斷開狀態(tài)，集電極將產(chǎn)生高壓，但由于寄生二極管的保護(hù)作用，使其電壓穩(wěn)定在400V 左右，此時(shí)AD測得的峰值電壓即為寄生二極管的性能指標(biāo)。維持Ius后，控制模塊使所述的IA峰值高壓半橋柵極驅(qū)動(dòng)器LM5109B驅(qū)動(dòng)5N60C柵極導(dǎo)通，此時(shí)大功率電感Ll和大電阻R19組成的RL—階電路處于放電狀態(tài)，電流迅速減小到150V，但由于IGBT寄生電容的作用使其會(huì)出現(xiàn)一個(gè)抖動(dòng)的過程，如圖6電壓的下降沿波形，最后緩慢發(fā)電直至12V。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的適用于汽車引擎控制器的老化測試設(shè)備具有體積小、針對性強(qiáng)、操作簡單和安全性高的特點(diǎn)。盡管為示例目的，已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識到，在不脫離由所附的權(quán)利要求書公開的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，各種改進(jìn)、增加以及取代是可能的。
權(quán)利要求
1.一種汽車引擎控制器(ECM)的IGBT測試裝置及方法，其特征在于，該裝置包括四個(gè)通道，每個(gè)通道都可以測試IGBT產(chǎn)品的運(yùn)行情況，該裝置包括電源模塊、信號控制模塊、 信號測試模塊和CAN通信模塊，所述信號測試模塊與IGBT產(chǎn)品相連，通過對電壓或電流波形的采樣及AD轉(zhuǎn)換來判斷IGBT產(chǎn)品的好壞以及其性能，其中，電源模塊包括一低壓差固定、可調(diào)正電壓的穩(wěn)壓器和一基準(zhǔn)電壓器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試裝置及方法，其特征在于所述的一低壓差固定、可調(diào)正電壓的穩(wěn)壓器采用NCP1117 ；所述的一基準(zhǔn)電壓器采用REF192。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測試裝置及方法，其特征在于所述信號控制模塊采用 STM32F103。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測試裝置及方法，其特征在于所述信號測試模塊包括一 600V的N溝道M0SFET、一 IA峰值高壓半橋柵極驅(qū)動(dòng)器、一電流檢測傳感器和一 MSPS模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測試裝置及方法，其特征在于所述的600V的N溝道MOSFET 采用芯片5N60C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試裝置及方法，其特征在于所述CAN通信模塊包括一 3. 3V CAN收發(fā)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測試裝置及方法，具特征在于所述3.3V CAN收發(fā)器采用 SN65HVD230。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種汽車引擎控制器(ECM)的IGBT測試裝置及方法，所述的汽車引擎控制器(ECM)的IGBT測試裝置包括四個(gè)通道，每個(gè)通道都可以測試產(chǎn)品中IGBT的運(yùn)行情況，所述的IGBT測試裝置包括電源模塊、信號控制模塊、信號測試模塊和CAN通信模塊，所述的信號測試模塊與IGBT產(chǎn)品相連，通過示波器輸出電壓和電流的波形分析性能判斷IGBT產(chǎn)品的好壞，本發(fā)明具有體積小、針對性強(qiáng)、操作簡單和安全性高的特點(diǎn)。
文檔編號G05B23/02GK102393502SQ20111041950
公開日2012年3月28日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者倪峰 申請人:蘇州凌創(chuàng)電子科技有限公司