功率模块中传感器的应用

　　如今，运行参数监测已成为功率模块的一个组成部分。在功率模块中，温度传感器已或多或少地成为标准配置，甚至连电流传感器也正越来越广泛被采用。事实上，与外置传感器解决方案相比，集成传感器是更具有成本效益的解决方案，它为用户带来附加的保护功能，同时减小了模块的体积。
　　电流传感器
　　如果一个功率模块配备了电流传感器，其信号主要是用作输出电流控制（例如：在传动应用中），并且还可以起到保护器件的作用。电机控制的需求确定电流传感器的特性。在许多情况下，故障（包括温度漂移）都必须低于1 ... 2%。对温度（-40℃～125℃）和低电流损耗的要求是通过功率模块自身来设定的。器件保护功能设定过流能力（最大短路电流为额定电流的5倍），上限截止频率（> 100kHz）。
　　对于中低功率器件，使用电流分流器是一个精确且低成本高效率的解决方案。电流限额约为30A～40A。不足之处是有额外的功率损耗，并且如果分流器用于测量发射极电流，将会失去隔离且IGBT栅极信号中存在干扰。
　　对于高性能和大功率半导体模块，一般使用电气隔离的传感器。无补偿电流的纯霍尔效应传感器在误差和温度稳定性方面的性能较差。传感器可用在用户指定的模块中，因为这些模块中的需求定义的很清楚。具有高线性度和低温度漂移的传感器与补偿电流一起运作。该电流抵消传感器核心内测量电流的磁场。补偿电流放大器的控制信号由霍尔效应、磁场或磁阻探头提供。
　　对于像赛米控SKiiP系统这样的智能功率模块（IPM），由于最终应用对于高性能的要求，使用高精度的传感器是最合适的。在最终应用中，传感器直接集成在模块的外壳中，环绕主端子以节省空间（图1）。用于信号监测和转换的评估电路是驱动器电路的一部分。特殊设计的ASIC芯片保证高集成度和高可靠性，这在采用外部传感器的方案中是难以实现。
　　在IPM内部，电流监测电路与驱动器电路直接相连。它可以在最短时间内检测到外部短路，并且可在2～3µs内关断功率半导体。未来，这一特性将变得越来越重要，因为与过去的IGBT允许10 µs的短路时间相比，新一代IGBT只允许6 µs的短路时间。
　　电压源逆变电路AC端子处的电流传感器不能检测到逆变桥内的短路。这里，通过监测VCE(sat)，处于开态的半导体的斜率电阻用于保护目的。该方法对于短路保护是足够的，但并不适合电流的测量。