新能源汽车多合一压缩机控制器单板白盒测试规范

前言

单板硬件白盒测试：基于原理图、PCB，直接在单板测试点测量内部电源、信号、时序、波形，区别于整机外部黑盒测试；

**测试对象：**裸单板（不带外壳，未装配整机）；

**适用阶段：**硬件Bring-up、DV设计验证。

文档名称：新能源汽车多合一压缩机控制器单板白盒测试规范

版本：V1.0

适用：PMSM压缩机驱动+高压PTC一体化控制器单板硬件白盒验证

文档更新：增加典型实测数据、波形示意图、测点说明

1 引用标准

1. ISO 16750 / GB/T 28046 道路车辆电气及电子设备的环境条件和电气测试

2. GB/T 18488 电动汽车用驱动电机系统

3. GB/T 18384 电动汽车安全要求

4. ISO26262 道路车辆功能安全（ASIL相关电路验证）

5. IEC60664 低压系统内设备的绝缘配合

6. 器件规格书、单板原理图、PCB文件、BOM、硬件设计规范

2 术语定义

• **单板白盒测试：**已知原理图、PCB内部节点，在单板测试点直接测量内部节点电压、波形、时序、噪声，评估电路内部真实工作状态，区别于整机外部接口黑盒测试。

• **电源轨：**单板内部各路DC-DC、LDO输出电源（MCU、模拟采样、栅极驱动、通讯电源等）

• **信号完整性：**信号边沿、过冲、振铃、建立保持时间

• **功率回路：**母线高压、SiC栅极驱动、三相逆变功率回路

3 测试项目、测试目的、测试方法、典型测试数据、示意图、判定规范

3.1 单板静态上电检查（不加高压，仅12V低压上电）

测试目的

验证单板低压上电无短路、各路电源轨正常建立，上电/下电时序符合设计要求；

排查虚焊、器件错料、短路、电源反接损伤。

测试项目

1. 断电静态电阻测量：12V电源、各路电源轨对地/对高压侧绝缘电阻，排查短路

2. 低压上电时序测试：12V输入，MCU电源、模拟电源、驱动电源上电顺序、掉电时序、复位信号波形

3. 各路电源稳态电压测量：LDO、DC-DC输出电压、纹波、噪声

4. 电源负载扫描：轻载、额定负载、过载下电源输出稳定性

【文本示意图：上电时序波形】

12V输入:    ──────┐                ┌──────
                  │                │
                  └────────────────┘
3.3V(MCU):        ────┐
                      │
                      └────────────────
2.5V基准:              ───┐
                         │
                         └─────────────
复位信号: ─────┐          ┌──────────────
                │        │
                └────────┘

时序逻辑：12V先建立 → 3.3VMCU电源建立 → 2.5V基准建立 → 复位信号释放

典型参考数据

电源轨	设计标称值	合格范围	典型实测	纹波峰峰值(典型)
MCU 3.3V	3.3V	3.135~3.465V	3.312V	≤30mVpp
模拟基准2.5V	2.5V	2.425~2.575V	2.497V	≤10mVpp
驱动15V	15V	14.25~15.75V	14.96V	≤50mVpp
CAN收发器5V	5V	4.75~5.25V	4.985V	≤20mVpp

判定规范

• 上电时序与原理图设计时序一致，无电源时序颠倒；

• 各路电源输出电压在器件规格±5%范围内；

• 电源纹波、噪声满足硬件设计指标；

• 上电复位信号正常，无异常复位、反复重启。

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3.2 模拟采样电路白盒测试（电压采样、电流采样、NTC温度采样）

测试目的

直接在采样前端、运放输出、ADC输入测点测量，验证采样调理电路精度、带宽、噪声、零点漂移；验证采样电阻、运放、基准源（TL431）电路设计是否满足精度要求；排查偏置、温漂、噪声问题。

测试项目

1. 基准源输出精度测试（TL431）

2. 母线电压采样电路：输入不同模拟电压，测调理后ADC输入值，计算采样误差

3. 三相电流采样电路：注入标准小信号，测量运放输出、ADC采集值，计算增益、零点误差

4. NTC温度采样电路：模拟不同温度电阻，测试采样输出

5. 采样电路噪声、带宽测试，阶跃信号响应

【示意图：采样调理电路结构框图】

模拟输入信号 → 分压/采样电阻网络 → 运放跟随/放大调理 → RC滤波 → MCU ADC引脚

典型参考数据

采样项目	输入标准值	理论ADC输出	实测ADC读数	误差	判定
TL431基准	2.500V	2.500V	2.496V	-0.16%	合格
母线采样100V	100V	2.500V	2.491V	-0.36%	合格
母线采样300V	300V	2.500V	2.488V	-0.48%	合格
电流采样0A	0A	0V	0.002V	零点漂移	合格
NTC 25℃	10kΩ	1.65V	1.647V	-0.18%	合格

判定规范

• 采样全量程误差≤±1%；

• 零点漂移、温漂满足硬件设计要求；

• 采样电路无明显噪声，无自激振荡。

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3.3 SiC栅极驱动隔离电路白盒测试

测试目的

直接测量驱动芯片输出、SiC栅极节点波形，验证隔离驱动电路信号质量、驱动电压、开通/关断边沿、振铃、死区时间；验证隔离电源、栅极电阻选型合理性，评估功率器件开关应力。

测试项目

1. 隔离电源输出电压、纹波

2. 栅极驱动PWM波形：Vgs开通电压、关断负压、上升沿、下降沿

3. 栅极振铃、过冲、尖峰测量

4. 死区时间测量（上下桥驱动时序）

5. 驱动使能/故障反馈信号时序

【示意图：SiC栅极Vgs波形】

        ┌─────── +15V 开通电平
        │
────────┘
                ┌──────── -5V 关断负压
                │
────────────────┘
上升沿：100ns~300ns
下降沿：100ns~300ns

典型参考数据

参数	设计指标	典型实测值
栅极开通Vgs	+15V	14.8V
栅极关断负压	-5V	-4.92V
上升沿时间	100~300ns	180ns
下降沿时间	100~300ns	160ns
上下桥死区	≥300ns	350ns
栅极关断振铃	≤±2V	1.2V

判定规范

• 栅极驱动高低电平满足SiC器件驱动规格；

• 栅极过冲、振铃幅值在器件允许范围；

• 死区时间和软件配置一致，无上下桥直通风险；

• 驱动故障反馈信号响应正常。

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3.4 MCU最小系统及数字信号白盒测试

测试目的

验证MCU最小系统、时钟、复位、Flash、外设硬件电路；测量时钟、SPI、I2C、UART等数字总线信号完整性，排查信号畸变、时序不满足。

测试项目

1. MCU晶振时钟波形、频率、抖动

2. 复位电路：上电复位、手动复位、掉电复位波形

3. SPI/I2C/UART通讯总线波形，信号边沿、建立保持时间

4. 数字IO输入输出电平、高低电平阈值

【示意图：SPI时钟+数据波形】

SCLK:  ─┬─┬─┬─┬─
        │ │ │ │
        ┴─┴─┴─┴─
MOSI:  ──┐┌──┐┌──
         ││  ││
         └┘  └┘

典型参考数据

项目	标称值	实测
外部晶振	8MHz	7.9998MHz，抖动<50ps
高电平IO	3.3V	3.28V
低电平IO	0V	0.03V
SPI建立时间	≥20ns	32ns

判定规范

• 时钟频率、抖动符合MCU规格；

• 总线信号无严重畸变，建立/保持时间满足时序要求；

• IO高低电平阈值符合设计。

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3.5 CAN/LIN通讯硬件电路白盒测试

测试目的

验证CAN、LIN收发器外围硬件电路，测量差分总线波形、共模噪声、终端电阻；验证收发器供电、ESD保护电路，排查总线信号畸变。

测试项目

1. CAN差分波形、差分电压、隐性/显性电平

2. CAN终端电阻测量

3. LIN总线波形、电平

4. 收发器电源、使能、故障引脚信号

【示意图：CAN差分波形 CANH/CANL】

隐性：CANH=2.5V，CANL=2.5V
显性：CANH=3.5V，CANL=1.5V
CANH: ────┐        ┌────
          │        │
          └────────┘
CANL: ────┐        ┌────
          │        │
          └────────┘

典型参考数据

参数	ISO11898标准	实测值
CAN显性差分电压	1.5V~3V	2.0V
CAN隐性差分电压	-0.5V~0.05V	0.02V
终端电阻	120Ω	118.5Ω

判定规范

• CAN总线显性/隐性电平符合ISO11898；

• 终端电阻阻值在规格范围内；

• 总线波形无严重振铃、畸变。

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3.6 硬件保护电路白盒测试（过压、欠压、过流、过温、硬件锁存保护）

测试目的

直接在单板测点验证硬件级保护（硬件比较器、硬件看门狗、硬件过流硬件保护），不依赖软件；验证保护阈值、响应时间、锁存/复位逻辑。

测试项目

1. 母线硬件过压、欠压保护阈值、触发响应时间

2. 硬件过流保护（采样+比较器）

3. 硬件看门狗电路测试

4. 硬件过温保护电路

5. 保护触发后锁存、复位、故障反馈信号波形

【示意图：硬件过压保护触发波形】

母线电压：───────┐
                 │
                 └────────
比较器输出：────┐        ┌────
                │        │
                └────────┘
故障标志：──────────┐
                    │
                    └────────

典型参考数据

保护项目	设计阈值	实测触发值	响应时间
母线硬件过压	420V	418V	<2μs
母线硬件欠压	200V	202V	<2μs
硬件过流保护	250A	246A	<1.5μs
硬件看门狗溢出	100ms	99.2ms	复位正常

判定规范

• 保护触发阈值和硬件设计一致；

• 保护响应时间满足功能安全设计；

• 保护触发后可按设计锁存或复位，故障信号输出正常。

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3.7 高压安规与绝缘白盒测试（单板不带功率器件/带功率器件分场景）

测试目的

验证单板高低压之间绝缘、耐压、爬电距离对应的电气性能，检查高压回路、隔离器件（隔离电源、光耦、隔离驱动）隔离性能。

测试项目

1. 高低压之间绝缘电阻测试

2. 高压耐压测试（高压回路对低压、高压对裸板地）

3. 隔离器件隔离阻抗测试

典型参考数据

项目	要求	实测结果
绝缘电阻（HV-LV）	≥1000MΩ@500Vdc	>10GΩ
工频耐压	2500Vac/60s，无击穿闪络	Pass

判定规范绝缘电阻、耐压满足GB/T18384、主机厂规范，无击穿、闪络。

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3.8 电源动态扰动与抗扰白盒测试（12V低压轨）

测试目的

模拟车载12V电源波动，测量单板内部各电源、采样、驱动节点的变化，验证单板内部电路抗电源扰动能力。

测试项目

1. 12V电压拉偏（9V~16V），监测单板内部所有电源轨、采样信号

2. 12V电压骤降、骤升，测试单板复位、采样、驱动节点波形

典型参考数据

12V输入9V：MCU3.3V输出3.305V，采样误差0.32%；12V输入16V：MCU3.3V输出3.318V，采样误差0.41%。

判定规范

在12V全工作范围内，单板内部各路电源、采样、驱动信号正常，不发生误保护、误采样、异常复位。

3.9 静态电流/功耗白盒测试

测试目的

测量单板待机、休眠、工作模式下内部各模块静态电流，评估功耗是否满足设计指标。

测试项目

1. 休眠模式总电流、分模块电流

2. 正常工作模式各路电源轨电流

典型参考数据

模式	设计上限	实测
休眠静态电流	<3mA	2.1mA
正常工作低压总电流	<120mA	98mA

判定规范

各模式功耗不超过硬件设计上限。

4 测试输出资料

1. 单板白盒测试报告，含原理图测点编号、测试数据记录表

2. 示波器波形截图（电源纹波、栅极PWM、时序、通讯波形，对应本文框图）

3. 采样电路误差曲线、保护触发波形

4. 问题清单：原理图缺陷、PCB布局问题、器件裕量不足、信号完整性问题及整改建议

5 安全要求

1. 高压测试必须持证人员操作，测试前确认测点绝缘，高压断电后充分放电；

2. 测量高压节点时使用高压差分探头；

3. 单板测试时做好静电防护，佩戴防静电手环。

6 附录

附录A：单板白盒测试测点清单（原理图测点编号）附录B：单板白盒测试原始数据记录表附录C：硬件设计指标阈值清单

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