伺服驱动器的工作模式与伺服驱动器的测试方法

应力的可靠性，其次还有电磁扰动对电路功性能的影响，本文以一个案例的方式讨论电源和器件应力。

　　伺服系统最基本的性能是力矩、转速、位置的精确性以及响应速度。但凡讨论伺服性能，我们必须站在系统层面来讨论，把电机性能包括在其中。本文在探讨性能测试方面，给出了力矩响应、速度响应、定位精度和重复定位精度的测试方法。

　　电源与器件可靠性测试方法

　　1、辅助电源短路保护测试

　　辅助电源不仅给控制芯片、驱动芯片、接口电路、风机供电，而且伺服驱动器给外部提供24V电源。所以开关电源短路保护功能尤为重要，我们分别取最低电源电压（DC200V）、正常电源电压（DC311V）、最高电源电压（DC400V）三个点，测试辅助电源的保护功能。

　　测试时，辅助电源输入通过调节直流调压器给定，将母线电源电压分别调节到DC200V、DC311V、DC400V，然后依此分别将输出短路，本文以5V，24V两路输出的一个实际产品为例讨论。测试方法就是将其中一路短路，测量另外一路输出。

　　l 5V短路，量测24V输出，如表2-1所示：

　　l 24V短路，量测5V输出，如表2-2所示：

　　试验结果表明，在5V，24V短路时，芯片都进入打嗝状态，即满足输出短路保护试验要求。

　　2、辅助电源Topswitch电压应力试验

　　Topswitch器件VDS电压指集成PWM控制器内部IGBT漏极和源极之间的的电压，VDS超标是其损坏的主要原因之一，VDS直接影响伺服驱动器的可靠性和寿命，测试方法是通过调压器调节辅助电源输入电压，测量VDS电压。输入电压越高，VDS电压越高，即在母线规格最大值（DC400V）时，VDS电压最高，测量这个最大值是否超标，可判断Topswitch电压应力是否合格。

　　还有一种情况，辅助电源输出短路时，VDS会特别高，需要判断短路时Topsweitch电压应力是否合格。

　　l 未短路时测试数据如下表2-3所示，实拍波形如图2-1所示：

　　当将5V短路时，在DC400V的输入下VDS电压为650V 小于700，满足规格要求。

　　5V短路，VDS输出波形如图2-2：

　　3、辅助电源启动测试

　　辅助源启动时间对伺服产品可靠性来说很重要，特别是对功率器件与功率器件驱动上电时序的影响很重要，在功率器件必须保证在其驱动器件上电好以后才能上电，只有这样才能保证在上电或断电过程中功率器件不会有误动作，避免直臂导通等严重的短路故障。

　　在本例中，输入交流220VAC时，测试得到5V输出启动延时为180ms，小于IPM上电启动时间，可以保证IPM驱动芯片先工作，IPM内部IGBT后工作，可以防止上电短路等故障。延时波形如图2-3所示：

　　l 正弦信号为50Hz输入波形

　　l 直线型信号为辅助源5V输出信号

　　4、辅助电源纹波及噪声测试

　　（1）输出电压测试：分别在不同母线，满载情况下，测试各路电压值如表2-4所示：（单位：V）

　　测试结果：合格。

　　（2）输出电压纹波测试：分别在不同母线电压情况下测试满载电压情况下纹波如表2-5所示（单位：mV）

　　测试结果：合格。

　　5、母线整流电路测试

　　（1）整流延迟和整流电路启动对电网的冲击都是很关键的问题，本设计整流电路启动波形如图2-4所示，启动延时时间为125ms，满足要求。

　　（2）图2-4可以反映储能电容充电时间，从安全等角度来讲，放电时间也是很关键的。本设计电容放电波形如图2-5所示，电容放电时间为7s，满足要求。

　　6、IPM开通关断延时测试

　　IPM内部IGBT的开通与关断波形直接影响到IPM工作的可靠性，如果开通和关断时间太长，必然有两种情况发生，一是上下开关管直臂导通造成短路故障，二是IGBT的开通和关断损耗导致IPM发热严重，长期工作不仅会对伺服驱动器以外的产品造成影响，而且直接影响IPM寿命。

　　如图2-6所示，上面信号为驱动信号，IGBT开通信号延时500ns，满足要求。

　　如图2-7所示，上面信号为驱动信号，IGBT关断信号延时500ns，满足要求。

　　7、热应力测试

　　作为一个产品，使用者最关心的是产品的可靠性，可靠性不仅仅包括了产品各个器件的电应力，也包括了热应力，研究每个发热元件的温升显得尤为重要。

　　测试条件：

　　l 整个伺服驱动器放在恒温箱环境中。

　　l 环境温度为22.5℃。

　　l 满载满转速条件下测试。

温升就是被测元件温度与环境温度的差值，本产品定义最高的工作环境温度为45℃，本实验是在环境温度22.5℃下测试。由热学基本知识可以知道，在环境温度为45℃时的元件温度就是45℃加常温下的温升。测试证明，本设计中整机下半部分模块发热不会对上半部分空间器件发热产生影响，开关电源部分的器件发热量空载与满载差别不大。各