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传感器、安全装置和驱动器的集成

集成电流测量模块
模块中的电流测量功能是为了防止功率半导体内出现过载电流,为模块提供保护的功能,另一方面电流信号也可做为电流控制回路信号。对于前者,一个粗略的监测和半导体本身可以作为电流传感器(检测VCE(sat))就足够了。但对于控制就需要一个高精确度(精度2%到5%)、高动态范围(响应时间在1 微秒左右)和频率范围从直流到大约10 千赫的测量值。
电流分流
直接测量电流分流器集成在IGBT 模块的发射极端口(-DC 直流端口)或者AC 输出端口。在图2.6.13 中的三个深色方形器件就是IGBT 三相逆变器模块中三个发射极电流测量芯片。它的输出信号必须通过差分放大器传给驱动部分。经过横向分流的端口能保证对主电流路径的耦合的低感应效应。
使用电流分流的问题是在干扰环境下,电压值的评估同分流损耗之间的矛盾。例如,当分流器内阻是5mΩ,在20A 时产生 100mV 的电压降,但却有2 瓦的损耗。这个功率损耗达到限制了印刷电路板极限值。把电流分流集成在DCB 板有一个很大的优势,它能把损耗产生的热能直接散发到散热器上。这就使原来的20A 的极限值提高到50A,缺点是必须占用DCB 板上宝贵的面积。
IGBT 模块MiniSKiiP 发射极上电流分流器(Isabellenhütte 公司)

电流传感器
对于电流大于50A 时,常常使用一个根据不同原理(电磁变压器,霍尔效应,磁阻效应)制成的隔离变压器。在SKiiP 中使用补偿传感器(图2.6.2),它具有高精度,宽频率范围和高抗过载性。该传感器的输出值满足大规模集成电路和电路保护的要求。它的原理是:当主电流通过一个传感器环的中心时,就会在传感器磁芯中产生磁场,通过一个辅助绕组,可以使磁芯中的磁场强度补偿为零,这个电流经过一个放大器,并把磁场补偿为零的电流就是补偿电流,补偿电流是同主电流有直接关系。利用这种方法可以测量直流电流的大小和方向。
SKiiP IGBT 模块中的补偿传感器的工作原理
 

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