功率模塊中傳感器的應(yīng)用

　　如今，運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)已成為功率模塊的一個(gè)組成部分。在功率模塊中，溫度傳感器已或多或少地成為標(biāo)準(zhǔn)配置，甚至連電流傳感器也正越來(lái)越廣泛被采用。事實(shí)上，與外置傳感器解決方案相比，集成傳感器是更具有成本效益的解決方案，它為用戶帶來(lái)附加的保護(hù)功能，同時(shí)減小了模塊的體積。

　　電流傳感器

　　如果一個(gè)功率模塊配備了電流傳感器，其信號(hào)主要是用作輸出電流控制（例如：在傳動(dòng)應(yīng)用中），并且還可以起到保護(hù)器件的作用。電機(jī)控制的需求確定電流傳感器的特性。在許多情況下，故障（包括溫度漂移）都必須低于1 ... 2%。對(duì)溫度（-40℃～125℃）和低電流損耗的要求是通過(guò)功率模塊自身來(lái)設(shè)定的。器件保護(hù)功能設(shè)定過(guò)流能力（最大短路電流為額定電流的5倍），上限截止頻率（> 100kHz）。

　　對(duì)于中低功率器件，使用電流分流器是一個(gè)精確且低成本高效率的解決方案。電流限額約為30A～40A。不足之處是有額外的功率損耗，并且如果分流器用于測(cè)量發(fā)射極電流，將會(huì)失去隔離且IGBT柵極信號(hào)中存在干擾。

　　對(duì)于高性能和大功率半導(dǎo)體模塊，一般使用電氣隔離的傳感器。無(wú)補(bǔ)償電流的純霍爾效應(yīng)傳感器在誤差和溫度穩(wěn)定性方面的性能較差。傳感器可用在用戶指定的模塊中，因?yàn)檫@些模塊中的需求定義的很清楚。具有高線性度和低溫度漂移的傳感器與補(bǔ)償電流一起運(yùn)作。該電流抵消傳感器核心內(nèi)測(cè)量電流的磁場(chǎng)。補(bǔ)償電流放大器的控制信號(hào)由霍爾效應(yīng)、磁場(chǎng)或磁阻探頭提供。

　　對(duì)于像賽米控SKiiP系統(tǒng)這樣的智能功率模塊（IPM），由于最終應(yīng)用對(duì)于高性能的要求，使用高精度的傳感器是最合適的。在最終應(yīng)用中，傳感器直接集成在模塊的外殼中，環(huán)繞主端子以節(jié)省空間（圖1）。用于信號(hào)監(jiān)測(cè)和轉(zhuǎn)換的評(píng)估電路是驅(qū)動(dòng)器電路的一部分。特殊設(shè)計(jì)的ASIC芯片保證高集成度和高可靠性，這在采用外部傳感器的方案中是難以實(shí)現(xiàn)。

　　在IPM內(nèi)部，電流監(jiān)測(cè)電路與驅(qū)動(dòng)器電路直接相連。它可以在最短時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到外部短路，并且可在2～3µs內(nèi)關(guān)斷功率半導(dǎo)體。未來(lái)，這一特性將變得越來(lái)越重要，因?yàn)榕c過(guò)去的IGBT允許10 µs的短路時(shí)間相比，新一代IGBT只允許6 µs的短路時(shí)間。

　　電壓源逆變電路AC端子處的電流傳感器不能檢測(cè)到逆變橋內(nèi)的短路。這里，通過(guò)監(jiān)測(cè)VCE(sat)，處于開(kāi)態(tài)的半導(dǎo)體的斜率電阻用于保護(hù)目的。該方法對(duì)于短路保護(hù)是足夠的，但并不適合電流的測(cè)量。