【摘 要】
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微网中电力电子装备始终朝着高频、高效、高功率密度的方向发展,要求电流传感技术具有高带宽、隔离和小型化特点。一种满足上述要求的电流传感器是隧道磁电阻（TMR,Tunnel Magnetoresistance）传感器,它通过感应磁场实现非侵入式电流测量。然而,TMR电流传感器在应用过程中,存在以下三方面问题:1)带宽受集肤效应影响,2)变换器dv/dt引起传感器输出尖刺,3)干扰磁场造成传感器输出畸变
【基金项目】
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国家重点研发计划课题“碳化硅器件及模块测试检验全套技术研究”（资助号:2016YFB0400504）; 国家自然科学基金项目“基于隧道磁电阻TMR的SiC MOSFET模块短路和过流保护技术”（批准号:52077198）; 华为技术有限公司合作项目（资助号:FA2019081023-SOW10）
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微网中电力电子装备始终朝着高频、高效、高功率密度的方向发展,要求电流传感技术具有高带宽、隔离和小型化特点。一种满足上述要求的电流传感器是隧道磁电阻（TMR,Tunnel Magnetoresistance）传感器,它通过感应磁场实现非侵入式电流测量。然而,TMR电流传感器在应用过程中,存在以下三方面问题:1)带宽受集肤效应影响,2)变换器dv/dt引起传感器输出尖刺,3)干扰磁场造成传感器输出畸变。为此本文开展了以下研究。1)针对集肤效应对带宽的影响,分析TMR电流传感器带宽受限的原因,再利用有限元仿真寻找合适的安装位置规避集肤效应的影响。总结验证了不同PCB宽度、厚度、层数以及TMR芯片摆放高度下保证测量带宽的最佳安装位置经验公式,将TMR电流传感器的响应时间从517ns提升到102ns。同时还验证了更换通流材质也可以提升测量带宽。2)针对变换器dv/dt引起传感器输出尖刺问题,首先分析了dv/dt的传播路径,接着通过对比分析,提出采用梳状结构屏蔽dv/dt噪声,并设计了梳状结构参数。实验结果表明,梳状屏蔽结构可将传感器输出的开关尖刺从0.20V降为0.06V,且几乎不影响TMR电流传感器响应速度。3)针对干扰磁场对TMR造成的传感器输出畸变问题,提出利用TMR的单方向敏感特性对PCB进行合理布局,将PCB走线及磁元件影响比例从70-85%降到5%以内。针对不同材质机壳的干扰,对其进行了间距、厚度及梳状方向设计,以减小其对TMR电流传感器检测的影响。
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