← 返回
拓扑与电路
★ 5.0
一种紧凑型DC–200 MHz混合式电流测量方法用于快速开关功率半导体模块
A Compact DC–200 MHz Hybrid Current Measurement Approach for Fast Switching Power Semiconductor Modules
| 作者 | Shiqi Ji · Wenhao Xie · Yikang Xiao · Ran Lu · Zhengming Zhao · Chao Sheng |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2024年9月 |
| 技术分类 | 拓扑与电路 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 功率半导体 电流测量 混合测量方法 电流探头 性能验证 |
语言:
中文摘要
精确的电流测量对于功率半导体特性表征至关重要。近年来,考虑到功率半导体的开关速度变得更快,由于现有电流探头带宽有限,很难用它们有效地测量电流。此外,在很多情况下,有必要在长期运行的实际功率变换器中直接对功率半导体进行特性表征,这就要求电流探头具备其他一些关键特性,包括直流精度、电气隔离、易于安装等。本文提出了一种新颖的混合式电流测量方法,包括基于隧道磁阻的低频测量部分、基于罗氏线圈的高频测量部分,以及用于实现无缝频率组合的信号调理电路。据此,开发了一种基于该方法的电流探头,实现了高带宽、电气隔离和紧凑尺寸。在基于1.2 kV/120 A碳化硅金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管(MOSFET)功率模块的变换器平台上,通过双脉冲测试和长期连续脉冲测试对该探头的性能进行了实验验证。最后,将所提出的探头与商用分流器和罗氏线圈进行了全面比较。
English Abstract
The accurate current measurement is critical for power semiconductor characterization. Considering the switching speed of power semiconductors has become much faster in recent years, it is difficult to measure the current effectively using existing current probes due to their limited bandwidth. Also, in many cases, it is necessary to directly characterize power semiconductors in real power converters in long-term operations, requiring some other key specifications on current probes including dc accuracy, galvanic isolation, easy installation, etc. This article proposes a novel hybrid current measurement method, including the tunnel-magnetoresistance-based low frequency measurement section, Rogowski coil-based high-frequency measurement section, and signal conditioning circuits for seamless frequency combination. Accordingly, a current probe based on the proposed method is developed, achieving high bandwidth, galvanic isolation, and compact size. The performance is experimentally validated with a double pulse test and long-term continuous pulse test in a 1.2 kV/120 A SiC mosfet power module-based converter platform. Eventually, the proposed probe is comprehensively compared with the commercial shunt and Rogowski coil.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项直流至200MHz混合电流测量技术对我司在高性能功率半导体器件应用方面具有重要价值。随着我司光伏逆变器和储能变流器大规模采用SiC和GaN等第三代宽禁带半导体器件,开关频率显著提升至数百kHz甚至MHz级别,传统电流探头的带宽限制已成为精确测量和器件特性分析的瓶颈。
该论文提出的隧道磁阻(TMR)与罗氏线圈混合方案,巧妙地结合了低频段直流精度和高频段动态响应能力,这与我司产品开发中的实际需求高度契合。在光伏逆变器的MPPT控制优化、储能系统的双向变流精确管理,以及电动汽车电驱系统的快速瞬态响应测试中,这种宽频带、高精度的电流测量能力可以显著提升我司的器件评估和系统优化能力。特别是该技术实现了电气隔离和紧凑化设计,便于在实际功率模块中长期集成使用,这对于我司开展可靠性验证和现场性能监测具有实用价值。
从技术成熟度评估,该方案已在1.2kV/120A SiC MOSFET平台上完成验证,技术路线清晰可行。对阳光电源而言,主要机遇在于:可加速新一代高频功率模块的开发周期,提升产品差异化竞争力;同时为智能化产品提供高精度电流感知方案。潜在挑战包括TMR传感器的温度稳定性、信号融合算法的实时性,以及在大功率(如我司兆瓦级储能系统)应用中的扩展性。建议我司技术团队深入跟踪该技术,评估在研发测试平台和下一代产品中的应用可行性。