用于SiC MOSFET功率模块中芯片电流测量的紧凑型交错PCB罗戈夫斯基线圈阵列

《IEEE Transactions on Power Electronics》：Compact Interleaved PCB Rogowski Coil Array for Chip Current Measuring in SiC MOSFET Power Modules

碳化硅功率模块因芯片小、排列紧凑，需更紧凑的电流测量探头。本文提出PCB罗氏线圈交错排列设计方法，通过调整线圈间距实现互感提升98%，并验证其在双脉冲测试中有效测量12个SiC MOSFET芯片电流分布。

　　

摘要：

使用印刷电路板（PCB）上的Rogowski线圈来测量功率模块中的芯片电流，可以显著帮助解决电流不平衡问题，这些问题可能导致功率下降或过电流故障。与基于硅的功率器件相比，碳化硅（SiC）功率模块具有更小的芯片和更紧凑的芯片布局。这就需要更紧凑的电流测量探头。本文提出了一种新的PCB Rogowski线圈阵列设计方法，该方法利用线圈之间的间距来实现Rogowski线圈的交错排列，从而解决了制造问题，并提高了Rogowski线圈的互感系数。对于一个原型SiC MOSFET功率模块，在相同的空间限制下，采用交错排列的线圈阵列的平均互感系数比采用传统排列的线圈阵列高出98%。文中介绍了由Rogowski线圈和积分器组成的Rogowski传感器的电路，并描述了将交错排列的PCB Rogowski线圈阵列集成到功率模块中的封装过程。评估了Rogowski传感器的灵敏度，并分析了电容耦合干扰的影响。通过双脉冲测试，使用交错排列的PCB Rogowski线圈阵列测量了12个SiC MOSFET芯片的开关电流，揭示了功率模块内部的详细换流行为。交错排列的PCB Rogowski线圈阵列被证明是一种有效的电流测量工具，适用于密集排列的电路分支，为测量功率模块内部的芯片电流分布奠定了基础。

引言

碳化硅（SiC）器件已成为电力电子领域中的变革性技术，其显著的性能指标包括高阻断电压、高工作温度、高开关频率、低功率损耗和高导热性[1]、[2]、[3]。这些特性使得SiC器件特别适用于功率转换器[4]、能量传输系统[5]和牵引逆变器[6]、[7]。