分流電阻器的應(yīng)用

電流采集技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著核心作用，準(zhǔn)確而可靠的測量對于優(yōu)化性能和確保系統(tǒng)效率至關(guān)重要。然而，傳統(tǒng)的分流電阻器雖然價(jià)格實(shí)惠且測量精確，但由于缺乏電氣隔離，其在高電壓測量應(yīng)用中受到限制，特別是在800V的電動(dòng)汽車、1500V的太陽能系統(tǒng)和2000V的電動(dòng)飛機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)等高電壓應(yīng)用中體現(xiàn)得尤為明顯。

預(yù)計(jì)到2025年，電流采集技術(shù)市場的價(jià)值將達(dá)到36億美元，這表明市場對于能夠克服傳統(tǒng)分流電阻器局限性，并滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)要求的解決方案需求不斷增長。雖然出現(xiàn)了電流互感器和磁傳感器（如霍爾效應(yīng)和磁電阻）等替代技術(shù)，但這些技術(shù)往往在速度、精度、尺寸、操作范圍和成本方面存在局限。這突顯了開發(fā)結(jié)合分流電阻器的精準(zhǔn)性和經(jīng)濟(jì)性與電氣隔離特點(diǎn)的創(chuàng)新電流采集技術(shù)，尤其是為高電壓應(yīng)用設(shè)計(jì)的技術(shù)的迫切需求。

分流電阻器的應(yīng)用

在電力電子綜合系統(tǒng)中，集成了分流電阻器技術(shù)，為各行各業(yè)提供了提升效率、增強(qiáng)可靠性和簡化設(shè)計(jì)與組裝的巨大優(yōu)勢。隨著各行業(yè)迅速實(shí)現(xiàn)電氣化，對集成系統(tǒng)和模塊的需求愈發(fā)增長。先進(jìn)的寬帶隙半導(dǎo)體設(shè)備如硅碳和氮化鎵晶體管的出現(xiàn)，進(jìn)一步推動(dòng)了集成解決方案的需求，以實(shí)現(xiàn)最佳性能和成本效益。

分流電阻器的優(yōu)勢在于它相較于其他測量技術(shù)而言的成本效果顯著。分流電阻器提供了一種經(jīng)濟(jì)高效的測量方案，而不會(huì)影響模型或電路的精度。當(dāng)與電力模塊集成時(shí)，可獲得一個(gè)較為簡化且緊湊的傳感結(jié)果。在實(shí)際應(yīng)用中，通常需要額外的電路精確讀取和解釋從分流電阻器獲取的信息。這常涉及實(shí)現(xiàn)放大和條件電路，以放大穿過分流的微小電壓降并將其轉(zhuǎn)換成可測量的信號。

分流電阻器的電流共享能力

在實(shí)驗(yàn)中使用的分流電阻器的電阻值保證容差為1%，其溫度系數(shù)相對于20°C小于50ppm/K，這導(dǎo)致在120°C時(shí)最大偏差可達(dá)到0.5%。在最壞的情況下，假設(shè)所有并聯(lián)的分流電阻器同時(shí)出現(xiàn)最大偏差。分流電阻器由連接到銅端子的電阻合金組成。這種合金與銅的塞貝克系數(shù)為1μV/K?？紤]到電阻合金之間的20K溫差，預(yù)計(jì)會(huì)產(chǎn)生20μV的電壓誤差?？紤]到名義電流對應(yīng)于分流上的128.6mV，這種電壓誤差占名義電流的0.016%。因此，熱電效應(yīng)的影響是微小的。

模擬結(jié)果展示了電阻器之間不均勻的電流共享效應(yīng)。模擬表明，由于IGBTs、分流電阻器和鍵合線的布置，導(dǎo)致在直流電壓電位分布上，分流電阻器1號與7號之間存在電壓降差異。

評估結(jié)果表明，有效分流電阻的值依賴于模塊內(nèi)的電流路徑，尤其是上下開關(guān)導(dǎo)通之間的差異?？赡艿恼`差減少方法包括為每個(gè)電流路徑單獨(dú)校準(zhǔn)，或用固定值修正每個(gè)分支的電阻?？刂扑惴梢酝ㄟ^基于當(dāng)前占空比的動(dòng)態(tài)加權(quán)平均來考慮不同電阻值。

直流和脈沖測量結(jié)果

采用直流電流對模塊進(jìn)行驗(yàn)證，并測量感測端子上的電壓，從而驗(yàn)證了直流電流測量的準(zhǔn)確性。

靜態(tài)特性調(diào)查表明，盡管分流電阻器的最高溫度隨著負(fù)載電流的增加而上升，但分流電阻器的值并沒有顯著的溫度依賴性。使用紅外攝像機(jī)在風(fēng)冷系統(tǒng)中測得分流溫度。

為了研究電流測量的動(dòng)態(tài)特性，進(jìn)行了脈沖測量。測量在給定的特定條件下進(jìn)行，如直流鏈接電壓為600V，相對較小的負(fù)載電感為35μH，在室溫下。測量結(jié)果與通過傳感器連接到交流端子測得的電流及通過delta-sigma調(diào)制器和采用OSR=64抽樣率的數(shù)字濾波器測得的分流電壓對比。

結(jié)論

盡管分流電阻器存在一定局限性，如引入寄生元素和缺乏內(nèi)置隔離等，但通過精心設(shè)計(jì)和采取減輕措施可以解決這些挑戰(zhàn)。分流電阻器仍是電氣設(shè)計(jì)中的一種強(qiáng)大工具，提供高精度的電流測量和控制。通過充分利用其優(yōu)勢，同時(shí)關(guān)注其局限性，設(shè)計(jì)者和研究人員可以在創(chuàng)新產(chǎn)品的性能和效率方面進(jìn)行優(yōu)化。