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电动汽车驱动 SiC器件 ★ 5.0

用于并联SiC MOSFET精确动态电流测量的增强型di/dt-RC传感结构

Enhanced di/dt-RC Sensing Structure for Accurate Dynamic Current Measurement in Paralleled SiC MOSFETs

作者 Che-Wei Chang · Dong Dong
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年3月
技术分类 电动汽车驱动
技术标签 SiC器件
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 碳化硅MOSFET 动态电流共享 di/dt - RC传感 RK传感结构 电流监测
语言:

中文摘要

并联碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)为高功率应用提供了一种经济高效的增加电流能力的方法。然而,并联器件之间动态电流分配不均衡会导致损耗和热分布不均,可能引发器件故障。为了监测或主动平衡电流,需要一种能够跟踪高 $di/dt$ 动态电流的电流传感器。然而,现有的传感方法往往存在集成性差和成本高的问题,同时针对并联器件的 $di/dt$ - $RC$ 传感研究仍不充分。本文对并联碳化硅 MOSFET 的 $di/dt$ - $RC$ 传感进行了全面评估。为了提高传感精度并缓解环流带来的问题,本文提出了一种新颖的 $R_{\mathrm{K}}$ 传感结构。所提出的 $R_{\mathrm{K}}$ 传感结构每个 MOSFET 仅需三个无源元件(2 个电阻和 1 个电容),并且可以轻松扩展用于多个器件,这使其在工业应用中具有很大优势。电路级仿真支持了相关分析,实验结果验证了所提出的传感结构能够在各种条件下准确跟踪动态电流。

English Abstract

Paralleling SiC mosfets offers a cost-effective way to increase current capability for high-power applications. However, unbalanced dynamic current sharing among paralleled devices can result in uneven losses and thermal distribution, potentially causing device failure. To monitor or actively balance the currents, a current sensor capable of tracking high-di/dt dynamic currents is required. Existing sensing methods, however, often struggle with poor integration and high cost, while the di/dt-RC sensing for paralleled devices remains underexplored. This article presents a comprehensive evaluation of di/dt-RC sensing for paralleled SiC mosfets. To enhance the sensing accuracy and mitigate issues generated by circulating current, a novel R_K sensing structure is proposed in this article. The proposed R_K sensing structure requires only three passive components (2 resistors and 1 capacitor) per mosfet and can be easily scaled for multiple devices, making it highly advantageous for industrial applications. Circuit-level simulations support the analysis, and experimental results validate that the proposed sensing structure can accurately track dynamic currents under various conditions.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项针对并联SiC MOSFET动态电流测量的增强型di/dt-RC传感技术具有重要的应用价值。在我们的光伏逆变器和储能变流器产品中,为满足大功率应用需求,并联SiC MOSFET已成为提升电流容量的主流方案。然而,并联器件间的动态电流不均衡一直是影响系统可靠性的关键痛点,可能导致局部过热和器件失效,这直接关系到产品的25年生命周期保障能力。

该技术的核心价值在于提供了一种低成本、高集成度的电流监测方案。相比传统的霍尔传感器或Rogowski线圈,每个MOSFET仅需三个无源元件(两个电阻和一个电容)即可实现高di/dt动态电流的精确跟踪,这种简洁性非常契合我们产品的成本控制和模块化设计需求。特别是在储能系统PCS中,多路并联器件的实时监测对于提升系统效率和安全性至关重要。

从技术成熟度评估,该方案已通过电路仿真和实验验证,具备较好的工程化基础。其提出的RK传感结构有效解决了环流干扰问题,这对于我们在1500V高压系统中的应用尤为关键。技术挑战主要在于不同工况下的标定精度和长期稳定性验证,以及与现有保护系统的集成。

应用机遇方面,该技术可为我们的智能功率模块增加主动均流功能,提升产品差异化竞争力,同时为基于数字孪生的预测性维护提供关键数据支撑,这与我们向智能化能源管理解决方案转型的战略高度契合。建议尽快开展技术引进评估和样机验证工作。