彭 湃

（株洲中车时代电气股份有限公司，湖南 株洲412001）

目前牵引变流器功率模块IPM测试如图1所示，采用三菱提供的IPM光脉冲信号发生器，通过调节旋钮式电位器来调节发送的光脉冲信号脉宽，从而控制功率模块上的2个IPM通断时间。测试过程中需有一台示波器作为陪试品来监测IPM的反馈信号波形。

图1 现有技术测试方法

由于采用旋钮式电位器模拟调节方式，在调节过程中无法直观地显示出对应的脉宽值，在测试过程中需多次调节才能输出制定脉宽的光脉冲信号，而且在测试过程中需增加一台示波器用于检测发送以及反馈波形，无疑增加了测试成本。

通过分析牵引变流器功率模块IPM测试的原理，以及IPM光信号发生器调节发送光脉冲信号的机制，设计出一套新型的IPM测试装置，用于取代目前测试方法中的IPM光信号发生器和示波器。

1 系统整体方案设计

利用嵌入式单片机控制技术，将现有技术测试方法中的IPM光信号发生器和示波器两者的功能做到一个装置上如下图2所示，通过薄膜按键设定光脉冲的脉宽值，利用定时器的定时输出功能输出指定的光脉冲信号给IPM，同时利用单片机的输入捕获功能实现IPM反馈波形的捕获并显示在LCD液晶屏上。

图2 IPM测试装置测试方法

IPM光信号测试装置系统结构框图如图2所示，采用两片32位单片机主从结构设计，主CPU用来处理按键输入，LCD液晶屏显示GUI界面以及IGBT的通断检测；从CPU负责光脉冲的发送和反馈脉冲的捕获。主CPU通过串口发送命令控制从CPU的执行，同时从CPU将捕获的数据发送给主CPU，主CPU将波形图显示在LCD液晶屏上。

2 硬件设计[1]

采用ARM Cortex-M3内核的STM32F103系列的处理器，最高工作频率可以达到72 MHz.定时器/计数器通过分频可以达到1 MHz的工作频率，可以满足波形捕获的要求。主CPU采用LQFP48封装的STM32F103VCT6，从 CPU采用 LQFP100封装的STM32F103C8T6.

主CPU的外围电路有时钟电路、复位电路、按键电路、LCD显示接口电路、外部存储电路、IGBT通断电路（见图3）；从CPU的外围电路有时钟电路、复位电路、光电转换电路。电源电路和程序下载电路为主CPU和从CPU的共用电路，程序下载电路通过跳帽进行选择与主CPU还是从CPU相连。

图3 系统结构框图

IGBT通断检测电路：IGBT通断检测电路如下图4所示，通过4个电阻分压，每个IGBT上承受3 V的电压。当触发IGBT导通时，分压电阻上的电压由3 V降到0 V，再通过光耦进行隔离输出到主控制器CPU的IO端口，CPU通过检测IO端口电平的变化即可知道IGBT是否导通或者关断。

图4 IGBT通断检测图

光电转换电路：为了实现电信号脉冲到光信号脉冲的转换采用松下的ENQD553E8光收发模块，该转换模块工作电压为5 V而CPU的IO端口输出电平只有3.3 V，为了保证光转换模块可靠工作在两者间加入了三态总线缓冲器 74HC540（反向）和74HC541.

3 程序设计

本装置采用C语言编程实现各项功能[2]，程序分为两部分：主CPU程序，从CPU程序。

主CPU程序如下图5所示，负责按键输入、LCD液晶屏显示输出控制、IGBT的通断检测、控制命令的发送。开机系统初始化后进入功能显示菜单，通过按键选择可以进入功率模块试验或者IPM测试两个功能。

图5 主CPU主程序流程图

从CPU是主CPU命令的执行者，主要负责发送光脉冲信号，以及对光脉冲的输入捕获。通过对IPM反馈的光脉冲信号上升沿与下降沿的捕获，从而获得IGBT的通断时间，并将IGBT的通断时间发送给主CPU用于显示，从CPU主程序流程图、外部中断程序流程图如图6、图7所示。

图6 从CPU主程序流程图

图7 从CPU外部中断程序流程图

4 结束语

通过采用新型的牵引变流器功率模块IPM测试装置，经过现场测试验证完全满足原有的测试试验要求，同时将IPM光信号发生器和示波器两者的功能合二为一，降低了测试环境的复杂度，采用数字式的脉宽调节方式极大地方便了现场调试人员操作，对现场调试试验效率的提升有着显著地效果。

参考文献：

[1]（美）诺尔加德.嵌入式系统硬件与软件架构[M].北京：人民邮电出版社，2008.

[2]谭浩强.C程序设计[M].2版.北京：清华大学出版社，1999.