← 返回
电动汽车驱动 ★ 5.0

基于寄生电感并带寄生电阻自适应补偿的新型电流传感器

Novel Current Sensor Based on Parasitic Inductance With Adaptive Compensation for Parasitic Resistance

作者 Xingchen Zhao · Tam Nguyen · Rolando Burgos · Dong Dong
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2024年7月
技术分类 电动汽车驱动
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电流传感器 寄生电阻 可编程补偿 在线自适应方法 电流测量
语言:

中文摘要

本文提出了一种新型电流传感器,该传感器利用变换器功率回路中现有的寄生电感来精确测量功率器件的电流,具有高密度、高带宽、低成本和非侵入性的特点。主要解决的问题是用于传感的走线的寄生电阻对所提出传感器的运行产生的影响。为缓解这一问题,提出了一种对寄生电阻进行可编程补偿的积分器电路,以有效消除寄生电阻对传感器输出的影响。此外,为应对温度敏感型寄生电阻的变化,提出了一种创新的在线自适应方法。该方法可动态调整对寄生电阻的补偿,即使事先不知道确切的电阻值,也能确保自动消除其影响。所提出的电流传感器不仅克服了与寄生电阻相关的局限性,还为功率电路中的精确电流测量提供了一种通用且可靠的解决方案。本文还配有一个视频,展示了寄生电阻自适应补偿的动态过程。

English Abstract

In this article, a novel current sensor that leverages the existing parasitic inductance within the power loop of converters is proposed to accurately measure the current of power devices, featuring high density, high bandwidth, low cost, and nonintrusiveness. The primary addressed challenge is the impact of parasitic resistance of the trace used for sensing, which affects the operation of the proposed sensor. To mitigate this issue, an integrator circuit with programmable compensation for parasitic resistance is proposed to effectively eliminate the influence of parasitic resistance on the sensor output. Furthermore, to tackle the variability of temperature-sensitive parasitic resistance, an innovative online adaptive method is proposed. This method dynamically adjusts the compensation for parasitic resistance, ensuring that its influence is automatically canceled, even when the exact resistance value is unknown in advance. The proposed current sensor not only overcomes the limitations associated with parasitic resistance but also offers a versatile and robust solution for accurate current measurements in power circuits. This article is accompanied by one video demonstrating the dynamic process of adaptive compensation for parasitic resistance.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于寄生电感的新型电流传感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,精确的电流检测是实现高效功率控制、故障保护和系统优化的关键环节。传统电流传感方案如霍尔传感器或分流电阻存在成本高、体积大、带宽受限或功耗损失等问题,而该技术巧妙利用功率回路中本已存在的寄生电感进行电流测量,本质上实现了"零成本"的传感方案。

该技术的核心创新在于通过可编程积分电路和在线自适应算法,有效解决了寄生电阻对测量精度的影响,尤其是温度变化导致的电阻漂移问题。这对于阳光电源产品在-40°C至70°C宽温度范围运行的应用场景极具实际意义。高带宽特性使其能够捕捉IGBT/SiC MOSFET等功率器件的快速电流变化,为先进控制算法如死区时间优化、短路保护提供更精准的反馈信号。

从技术成熟度评估,该方案已实现自适应补偿的动态演示,但向产品化转化仍需验证长期可靠性、EMI环境下的抗干扰能力以及与现有控制平台的集成复杂度。潜在挑战包括不同PCB布局下寄生参数的一致性控制、极端工况下的补偿算法鲁棒性等。

对阳光电源而言,该技术可作为差异化竞争优势,在新一代高功率密度逆变器和储能PCS产品中实现成本降低、集成度提升。建议开展联合研发验证,重点关注SiC器件应用场景下的高频测量性能,以及在模块化多电平拓扑中的扩展应用潜力。