彭 湃

（株洲中車時代電氣股份有限公司，湖南 株洲412001）

目前牽引變流器功率模塊IPM測試如圖1所示，采用三菱提供的IPM光脈沖信號發(fā)生器，通過調(diào)節(jié)旋鈕式電位器來調(diào)節(jié)發(fā)送的光脈沖信號脈寬，從而控制功率模塊上的2個IPM通斷時間。測試過程中需有一臺示波器作為陪試品來監(jiān)測IPM的反饋信號波形。

圖1 現(xiàn)有技術(shù)測試方法

由于采用旋鈕式電位器模擬調(diào)節(jié)方式，在調(diào)節(jié)過程中無法直觀地顯示出對應(yīng)的脈寬值，在測試過程中需多次調(diào)節(jié)才能輸出制定脈寬的光脈沖信號，而且在測試過程中需增加一臺示波器用于檢測發(fā)送以及反饋波形，無疑增加了測試成本。

通過分析牽引變流器功率模塊IPM測試的原理，以及IPM光信號發(fā)生器調(diào)節(jié)發(fā)送光脈沖信號的機(jī)制，設(shè)計出一套新型的IPM測試裝置，用于取代目前測試方法中的IPM光信號發(fā)生器和示波器。

1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計

利用嵌入式單片機(jī)控制技術(shù)，將現(xiàn)有技術(shù)測試方法中的IPM光信號發(fā)生器和示波器兩者的功能做到一個裝置上如下圖2所示，通過薄膜按鍵設(shè)定光脈沖的脈寬值，利用定時器的定時輸出功能輸出指定的光脈沖信號給IPM，同時利用單片機(jī)的輸入捕獲功能實(shí)現(xiàn)IPM反饋波形的捕獲并顯示在LCD液晶屏上。

圖2 IPM測試裝置測試方法

IPM光信號測試裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，采用兩片32位單片機(jī)主從結(jié)構(gòu)設(shè)計，主CPU用來處理按鍵輸入，LCD液晶屏顯示GUI界面以及IGBT的通斷檢測；從CPU負(fù)責(zé)光脈沖的發(fā)送和反饋脈沖的捕獲。主CPU通過串口發(fā)送命令控制從CPU的執(zhí)行，同時從CPU將捕獲的數(shù)據(jù)發(fā)送給主CPU，主CPU將波形圖顯示在LCD液晶屏上。

2 硬件設(shè)計[1]

采用ARM Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103系列的處理器，最高工作頻率可以達(dá)到72 MHz.定時器/計數(shù)器通過分頻可以達(dá)到1 MHz的工作頻率，可以滿足波形捕獲的要求。主CPU采用LQFP48封裝的STM32F103VCT6，從 CPU采用 LQFP100封裝的STM32F103C8T6.

主CPU的外圍電路有時鐘電路、復(fù)位電路、按鍵電路、LCD顯示接口電路、外部存儲電路、IGBT通斷電路（見圖3）；從CPU的外圍電路有時鐘電路、復(fù)位電路、光電轉(zhuǎn)換電路。電源電路和程序下載電路為主CPU和從CPU的共用電路，程序下載電路通過跳帽進(jìn)行選擇與主CPU還是從CPU相連。

圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

IGBT通斷檢測電路：IGBT通斷檢測電路如下圖4所示，通過4個電阻分壓，每個IGBT上承受3 V的電壓。當(dāng)觸發(fā)IGBT導(dǎo)通時，分壓電阻上的電壓由3 V降到0 V，再通過光耦進(jìn)行隔離輸出到主控制器CPU的IO端口，CPU通過檢測IO端口電平的變化即可知道IGBT是否導(dǎo)通或者關(guān)斷。

圖4 IGBT通斷檢測圖

光電轉(zhuǎn)換電路：為了實(shí)現(xiàn)電信號脈沖到光信號脈沖的轉(zhuǎn)換采用松下的ENQD553E8光收發(fā)模塊，該轉(zhuǎn)換模塊工作電壓為5 V而CPU的IO端口輸出電平只有3.3 V，為了保證光轉(zhuǎn)換模塊可靠工作在兩者間加入了三態(tài)總線緩沖器 74HC540（反向）和74HC541.

3 程序設(shè)計

本裝置采用C語言編程實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能[2]，程序分為兩部分：主CPU程序，從CPU程序。

主CPU程序如下圖5所示，負(fù)責(zé)按鍵輸入、LCD液晶屏顯示輸出控制、IGBT的通斷檢測、控制命令的發(fā)送。開機(jī)系統(tǒng)初始化后進(jìn)入功能顯示菜單，通過按鍵選擇可以進(jìn)入功率模塊試驗(yàn)或者IPM測試兩個功能。

圖5 主CPU主程序流程圖

從CPU是主CPU命令的執(zhí)行者，主要負(fù)責(zé)發(fā)送光脈沖信號，以及對光脈沖的輸入捕獲。通過對IPM反饋的光脈沖信號上升沿與下降沿的捕獲，從而獲得IGBT的通斷時間，并將IGBT的通斷時間發(fā)送給主CPU用于顯示，從CPU主程序流程圖、外部中斷程序流程圖如圖6、圖7所示。

圖6 從CPU主程序流程圖

圖7 從CPU外部中斷程序流程圖

4 結(jié)束語

通過采用新型的牽引變流器功率模塊IPM測試裝置，經(jīng)過現(xiàn)場測試驗(yàn)證完全滿足原有的測試試驗(yàn)要求，同時將IPM光信號發(fā)生器和示波器兩者的功能合二為一，降低了測試環(huán)境的復(fù)雜度，采用數(shù)字式的脈寬調(diào)節(jié)方式極大地方便了現(xiàn)場調(diào)試人員操作，對現(xiàn)場調(diào)試試驗(yàn)效率的提升有著顯著地效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]（美）諾爾加德.嵌入式系統(tǒng)硬件與軟件架構(gòu)[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[2]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計[M].2版.北京：清華大學(xué)出版社，1999.