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一种用于三相逆变器的闭环补偿罗氏线圈电流传感器
A Closed-Loop Compensated Rogowski Coil Current Sensor for Three-Phase Inverter
| 作者 | Zhen Xin · Yu Yao · Jianlong Kang · Qian Li · Ze Zhou · Yafei Shi |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2024年9月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | 三相逆变器 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 印刷电路板罗氏线圈电流传感器 误差补偿 闭环方法 三相逆变器 电流控制 |
语言:
中文摘要
精确的电流测量对于电力电子变换器实现故障保护和电流控制至关重要。在众多可选方案中,印刷电路板罗氏线圈电流传感器(PCB RCCS)凭借其带宽更高、体积更小、成本更低等优势,成为有力的竞争者。然而,运算放大器中的失调电压和失调电流极大地限制了PCB RCCS的测量精度,并且受运算放大器个体差异和温度变化的影响较大。传统的误差补偿方法缺乏自调节能力,导致补偿效果存在显著局限。本文提出了一种闭环误差补偿方法,该方法能够在实际运行条件下实时监测补偿效果,及时调整补偿信号,实现对PCB RCCS积分误差的精确补偿。此外,所提出的PCB RCCS高度集成于三相逆变器中,不仅实现了对功率器件可靠的短路保护,还能恢复相电流信息并成功应用于系统电流控制。
English Abstract
Accurate current measurement is crucial in power electronic converters to achieve fault protection and current control. Among the various options available, the printed circuit board Rogowski coil current sensor (PCB RCCS) emerges as a strong contender due to its advantages of higher bandwidth, smaller volume, and lower cost. However, the presence of offset voltage and offset current in operational amplifiers (op-amps) greatly limits the measurement accuracy of PCB RCCS, and is greatly affected by the individual differences of op-amps and temperature changes. Traditional error compensation methods lack self-adjusting capabilities, leading to significant limitations in compensation effectiveness. This article proposes a closed-loop error compensation method that can monitor the compensation effect in real-time under actual operating conditions, adjust the compensating signal promptly, and achieve precise compensation of integral errors in PCB RCCS. Moreover, the proposed PCB RCCS is highly integrated into a three-phase inverter, achieving not only reliable short-circuit protection for power devices but also recovering phase current information for successful utilization in system current control.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于闭环补偿的PCB罗氏线圈电流传感器技术具有显著的应用价值。在光伏逆变器和储能变流器等核心产品中,精确的电流测量直接关系到系统的功率控制精度、效率优化和安全保护性能。
该技术的核心创新在于解决了传统PCB罗氏线圈因运放失调而导致的积分误差问题。通过实时监测和动态调整补偿信号,能够有效应对温度变化和器件差异带来的测量偏差,这对于在-40℃至70℃宽温度范围运行的光伏逆变器尤为关键。相比传统霍尔传感器方案,该技术在带宽、体积和成本方面的优势,能够支持阳光电源产品向更高功率密度和更具竞争力的成本结构演进。
从产品应用角度,该传感器同时实现了功率器件短路保护和相电流信息采集的双重功能,简化了系统设计并提升了集成度。这与阳光电源在大功率组串逆变器和储能PCS产品中追求高可靠性、高集成度的技术路线高度契合。特别是在储能系统的双向变流应用中,精确的电流控制对于电池管理和并网性能至关重要。
技术挑战方面,需要关注闭环补偿算法在实际工况下的鲁棒性验证,以及PCB设计对传感器一致性的影响。建议开展与现有产品平台的适配性评估,重点验证在高di/dt、强电磁干扰环境下的测量稳定性。若技术成熟度满足要求,可优先在中小功率产品线试点应用,逐步向大功率平台推广,形成差异化的技术竞争优势。