一种脉冲功率元器件加速老化控制器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种脉冲功率元器件加速老化控制器,包括ARM处理器模块，及与ARM处理器模块相连的PWM驱动模块、温度采集模块、饱和压降测量模块、过流保护模块、CAN通讯模块；按键输入模块、继电器输出模块，所述PWM驱动模块还与过流保护模块相连；采用功率循环试验方法来代替传统的热循环试验方法，功率循环控制参数可设置，可很好的满足脉冲功率下的加速老化试验要求；采用IGBT过流的硬件和软件双重保护及高压隔离的饱和压降测量，安全性好。

An accelerated aging controller for pulse power components

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲功率元器件加速老化控制器
本专利涉及一种加速老化控制器，具体说是一种脉冲功率元器件加速老化控制器。
技术介绍
IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等功率器件一般工作在稳态工况条件下，传统的IGBT加速老化试验也主要是在稳态工况下进行的。传统的稳态工况下的加速老化试验是利用可控的外部热源，利用可控的外部热源以一定的频率加热、冷却待测器件，使整体器件的温度有一个大范围的波动。而脉冲功率条件下，IGBT的开关损耗与稳态工况下有很大区别，由此导致的器件的结温和壳温的波形也有很大差异。传统的加速老化控制器显然满足不了脉冲功率下的加速老化试验要求。
技术实现思路
本技术的主要目的是为了解决传统的加速老化控制器满足不了脉冲功率下的加速老化试验要求的问题。本技术采用的技术方案是：一种脉冲功率元器件加速老化控制器,包括ARM处理器模块，及与ARM处理器模块相连的PWM驱动模块、温度采集模块、饱和压降测量模块、过流保护模块、CAN通讯模块；按键输入模块、继电器输出模块，所述PWM驱动模块还与过流保护模块相连；所述PWM驱动模块作用在于接收ARM处理器模块的TTL信号，控制IGBT的开通与关断；同时PWM驱动模块还接收过流保护模块的过流封锁信号；所述温度采集模块接收来自热电偶的温度信号，首先差分转单端，然后采用运放放大，最后送至温度采集模块的采集芯片，温度采集模块的采集芯片的数据传至ARM处理器模块；所述饱和压降测量模块采集加速老化对象IGBT的集电极和源极的电压差，为了防止关断时的高压损坏采集电路，采用二极管进行高压隔离，然后进行运放的调理电路，最后送至压降测量模块的采集芯片，温度采集模块的采集芯片的数据传至ARM处理器模块；所述过流保护模块采集老化对象IGBT的集电极电流，将该电流送至硬件比较器，与阈值进行比较，比较结果一方面送至ARM处理器模块，另一方面进行逻辑与后送至PWM模块；高于预警值时，延时进行预警处理；一旦高于保护值，立即封锁PWM脉冲，使IGBT立即关断；所述通讯模块采用CTM模块，包含电源隔离模块和光耦隔离处理，保证数据传输的可靠性；该模块接收ARM处理器模块的信号，同时与上位机进行沟通；所述按键输入模块的输出端通过IIC接口与ARM处理器模块双向连接，其作用在于将按键信息传入ARM处理器模块；所述继电器输出模块采用大功率功放电路和扁平军用继电器，其作用在于保证了输出无源触点的可靠性所述继电器输出模块用于输出信号。进一步的，所述PWM驱动模块采用光耦隔离电路和功率对管电路驱动，同时增加反压关断措施；PWM驱动模块一方面与ARM的输出信号连接，另一方面经过光耦和对管驱动后，连接至功率器件模块。进一步的，所述温度采集模块包括热电偶、差分转单端芯片、运放电路、24位ADS采样芯片；采用热电偶将热信号转换为电信号，然后经过差分转单端芯片，再经过同相比例加法运放电路放大后，送至温度采集模块的位ADS芯片。进一步的，所述饱和压降测量模块包括高压隔离模块和双极性采样芯片AD7367，采用二极管进行高压隔离，经过运算放大器调理后送至双极性采样芯片AD7367。进一步的，所述按键输入模块包括防浪涌模块SMBJ24A、光耦模块TLP2804、带滞环的反相器；按键输入信号首先经过防浪涌模块SMBJ24A，防止办卡插拔导致的过压损坏，然后经过光耦TLP2804隔离处理，最后经过带滞环的反相器处理，并送到CPU的GPIO引脚。进一步的，所述继电器输出模块考虑到CPU的GPIO引脚有限，采用了I2C模块进行IO扩展，CPU的I2C模块首先经过9554转换芯片，将串行信号转换为并行信号，然后经过TLP2804光耦隔离处理，光耦隔离处理后输出到功率放大芯片ULN2803，最后驱动继电器，由继电器的无源触点输出信号。进一步的，所述ARM处理器模块采用STM32F103处理器，通过按键输入，确定加速老化参数及加速老化模式，同时输出PWM信号控制IGBT的工作；在IGBT工作时，实时检测导通压降和IGBT壳温，将这些数据采集并保存为数据文件。本技术的有益效果和特点是：(1)本技术采用功率循环试验方法来代替传统的热循环试验方法，功率循环控制参数可设置，可很好的满足脉冲功率下的加速老化试验要求；(2)采用IGBT过流的硬件和软件双重保护及高压隔离的饱和压降测量，安全性好。附图说明图1是本技术较佳实施例的整体结构示意图；图2是本技术PWM驱动模块的工作原理示意图；图3是本技术温度采集模块的工作原理示意图；图4是本技术饱和压降测量模块的工作原理示意图；图5是本技术过流保护模块的工作原理示意图；图6是本技术CAN通讯模块的工作原理示意图；图7是本技术按键输入模块的工作原理示意图；图8是本技术继电器输出模块的工作原理示意图；图9是本技术ARM处理器模块的电路原理图；图10是本技术温度采集模块的差分转单端，再放大的电路原理图；图11是本技术饱和压降测量模块的饱和压降测量电路的电路原理图；图12是本技术I/O电路的电路原理图(采用主要隔离，驱动能力好)；图中标号分别表示：1-PWM驱动模块、2-温度测量模块、3-饱和压降测量模块、4-过流保护模块、5-CAN通讯模块、6-按键输入模块、7-继电器输出模块、8-ARM处理器模块。具体实施方式下面结合附图进行说明：请参考图1，一种脉冲功率元器件加速老化控制器,包括ARM处理器模块8，及与ARM处理器模块8相连的PWM驱动模块1、温度采集模块2、饱和压降测量模块3、过流保护模块4、CAN通讯模块5；按键输入模块6、继电器输出模块7，所述PWM驱动模块1还与过流保护模块4相连；所述PWM驱动模块1作用在于接收ARM处理器模块8的TTL信号，控制IGBT的开通与关断；同时PWM驱动模块还接收过流保护模块4的过流封锁信号；所述温度采集模块2接收来自热电偶的温度信号，首先差分转单端，然后采用运放放大(具体电路参见图10)，最后送至温度采集模块2的采集芯片，温度采集模块2的采集芯片的数据传至ARM处理器模块8；所述饱和压降测量模块3采集加速老化对象IGBT的集电极和源极的电压差，为了防止关断时的高压损坏采集电路，采用二极管进行高压隔离(安全性好)，然后进行运放的调理电路(具体电路参见图11)，最后送至压降测量模块3的采集芯片，温度采集模块2的采集芯片的数据传至ARM处理器模块8；所述过流保护模块4采集老化对象IGBT的集电极电流，将该电流送至硬件比较器，与阈值进行比较，比较结果一方面送至ARM处理器模块8，另一方面进行逻辑与后送至PWM模块1；高于预警值时，延时进行预警处理；一旦高于保护值，立即封锁PWM脉冲，使IGBT立即关断；所述通讯模块5采用CTM8251模块，包含电源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脉冲功率元器件加速老化控制器,其特征在于:包括ARM处理器模块(8)，及与ARM处理器模块(8)相连的PWM驱动模块(1)、温度采集模块(2)、饱和压降测量模块(3)、过流保护模块(4)、CAN通讯模块(5)；按键输入模块(6)、继电器输出模块(7)，所述PWM驱动模块(1)还与过流保护模块(4)相连；/n所述PWM驱动模块(1)作用在于接收ARM处理器模块(8)的TTL信号，控制IGBT的开通与关断；同时PWM驱动模块还接收过流保护模块(4)的过流封锁信号；/n所述温度采集模块(2)接收来自热电偶的温度信号，首先差分转单端，然后采用运放放大，最后送至温度采集模块(2)的采集芯片，温度采集模块(2)的采集芯片的数据传至ARM处理器模块(8)；/n所述饱和压降测量模块(3)采集加速老化对象IGBT的集电极和源极的电压差，为了防止关断时的高压损坏采集电路，采用二极管进行高压隔离，然后进行运放的调理电路，最后送至压降测量模块(3)的采集芯片，温度采集模块(2)的采集芯片的数据传至ARM处理器模块(8)；/n所述过流保护模块(4)采集老化对象IGBT的集电极电流，将该电流送至硬件比较器，与阈值进行比较，比较结果一方面送至ARM处理器模块(8，另一方面进行逻辑与后送至PWM模块(1)；高于预警值时，延时进行预警处理；一旦高于保护值，立即封锁PWM脉冲，使IGBT立即关断；/n所述通讯模块(5)采用CTM8251模块，包含电源隔离模块和光耦隔离处理，保证了数据传输的可靠性；该模块接收ARM处理器模块(8)的信号，同时与上位机进行沟通；/n所述按键输入模块(6)的输出端通过IIC接口与ARM处理器模块(8)双向连接，其作用在于将按键信息传入ARM处理器模块(8)；/n所述继电器输出模块(7)采用大功率功放电路和扁平军用继电器，其作用在于保证了输出无源触点的可靠性所述继电器输出模块(7)用于输出信号。/n...

【技术特征摘要】
1.一种脉冲功率元器件加速老化控制器,其特征在于:包括ARM处理器模块(8)，及与ARM处理器模块(8)相连的PWM驱动模块(1)、温度采集模块(2)、饱和压降测量模块(3)、过流保护模块(4)、CAN通讯模块(5)；按键输入模块(6)、继电器输出模块(7)，所述PWM驱动模块(1)还与过流保护模块(4)相连；
所述PWM驱动模块(1)作用在于接收ARM处理器模块(8)的TTL信号，控制IGBT的开通与关断；同时PWM驱动模块还接收过流保护模块(4)的过流封锁信号；
所述温度采集模块(2)接收来自热电偶的温度信号，首先差分转单端，然后采用运放放大，最后送至温度采集模块(2)的采集芯片，温度采集模块(2)的采集芯片的数据传至ARM处理器模块(8)；
所述饱和压降测量模块(3)采集加速老化对象IGBT的集电极和源极的电压差，为了防止关断时的高压损坏采集电路，采用二极管进行高压隔离，然后进行运放的调理电路，最后送至压降测量模块(3)的采集芯片，温度采集模块(2)的采集芯片的数据传至ARM处理器模块(8)；
所述过流保护模块(4)采集老化对象IGBT的集电极电流，将该电流送至硬件比较器，与阈值进行比较，比较结果一方面送至ARM处理器模块(8，另一方面进行逻辑与后送至PWM模块(1)；高于预警值时，延时进行预警处理；一旦高于保护值，立即封锁PWM脉冲，使IGBT立即关断；
所述通讯模块(5)采用CTM8251模块，包含电源隔离模块和光耦隔离处理，保证了数据传输的可靠性；该模块接收ARM处理器模块(8)的信号，同时与上位机进行沟通；
所述按键输入模块(6)的输出端通过IIC接口与ARM处理器模块(8)双向连接，其作用在于将按键信息传入ARM处理器模块(8)；
所述继电器输出模块(7)采用大功率功放电路和扁平军用继电器，其作用在于保证了输出无源触点的可靠性所述继电器输出模块(7)用于输出信号。


2.根据权利要求1所述的脉冲功率元器件加速老化控制器,其特征在于：所述PWM驱动模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙兆龙，刘小虎，袁志方，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42