高频要求和对最小尺寸的需求意味着功率转换器必须采用更小的无源元件,以在尺寸和重量方面取得优势。高压脉冲功率电路中,从纯硅到高频碳化硅 (SiC) MOSFET 的转变趋势,降低了所需的空间和成本,同时提高了效率和性能。
由于其更快的开关速度,基于 SiC 的器件可以在带宽远高于 100 kHz 的频率下工作。这为其在不间断电源 (UPS)、太阳能逆变器、交流变速驱动器和伺服电机、功率因数校正以及计算机控制焊接机等应用中开辟了可能性。
然而,性能和响应时间之间始终存在权衡,各个市场领域的用户都在努力寻找能够满足其日益苛刻要求的解决方案。尽管开环和闭环版本的经典传感器可以实现高达 300kHz 的响应,但由于 SiC IGBT(绝缘栅双极晶体管)的采用,它们在当前市场上仍然不足以满足高带宽的检测需求。

带宽超过 1MHz:
一家焊接行业的客户联系了 LEM——一家在提供创新、高质量的电气参数测量解决方案方面处于市场领先地位的公司——因为他们现有的功率转换器的响应时间和频率响应都无法满足需求。为此,LEM 开发了一种混合传感器,其性能远超市场上任何其他公司的产品。
这种混合器件结合了专用集成电路 (ASIC) 和基于直流的传感器,并配备纯电感线圈以加速信号。由于 LEM 的 ASIC 中集成了拾取线圈,该传感器能够像电流互感器一样工作。虽然现有的基于纯线圈的交流传感器可以达到更高的性能水平,但此前没有任何采用开环技术和拾取线圈的直流传感器能够实现超过 1MHz 的带宽。
LEM 的解决方案——HOB 系列,包含约 20 个低功耗、多量程电流传感器,能够测量高达 250A 的交流、直流或脉冲电流——旨在满足高压脉冲功率电路中使用快速开关 SiC MOSFET 时的高带宽检测需求,尤其是在快速、灵活的高压脉冲至关重要的电路中。客户特别希望找到一种高性能解决方案,能够在更小的尺寸内提供快速响应时间和更高的带宽。

一种截然不同的半导体技术:
对于任何希望实现这些目标的行业而言,闭环传感器通常都是成本高昂的选择。但LEM公司预计,其混合传感器很快将对那些寻求采用基于SiC和GaN(氮化镓)功率模块的宽带宽开关模式转换器的各类市场具有吸引力。开关模式转换器日益普及的趋势源于对尽可能小巧且具有更高功率重量比的器件和设备的需求。得益于
LEM公司所谓的“一种截然不同的半导体技术”,超高速的SiC或GaN晶体管不仅保证了更快的开关速度,而且还能在更高的频率下工作,并能承受更高的电压。该公司预计,这种晶体管技术将在短短五年内成为行业标准。
然而,在HOB系列产品中,响应时间(即初级电流和传感器输出之间的时间)远比带宽频率更为重要。对于 LEM 的客户来说,这一因素至关重要,他们意识到,随着晶体管开关速度的不断提高,必须配备能够尽可能精确地跟踪 di/dt(电流变化率)的电流传感器。

响应时间低至 100 纳秒。
传统上,虽然采用该技术的 di/dt 可达到每微秒 500 安培(甚至可能达到 1 千安培/微秒),但其他传感器的响应时间约为 1.5 微秒。LEM 致力于为客户提供高达 200 纳秒的响应时间。他们不仅实现了这一目标,而且凭借全新的 HOB 系列及其拾取线圈,进一步提升了响应时间,达到 150 纳秒(比市面上任何其他产品快 10 倍)。在某些情况下,响应时间甚至低至 100 纳秒。HOB
系列的额定电流分别为 50 安培、75 安培、100 安培和 130 安培,而峰值功率电流 (Ipm) 是这些数值的 2.5 倍。该系列中的特殊型号 (SP) 是根据特定用户需求定制设计的,但所有型号的截止频率(-3dB)均高于 1MHz。标准 HOB 传感器系列采用 5V 电源(参考电压为 2.5V),而其他型号则分别采用 3.3V、3.4V 和 3.5V 电源。所有型号均可在 -40°C 至 +105°C 的温度范围内工作。HOB
传感器区别于其他竞争对手的其他特性包括:初级电路和次级电路之间的电气隔离、集成母线以及创新的、节省空间的通孔 (THT) 印刷电路板安装设计。

混合技术的未来:
这款混合传感器与之前的传感器尺寸相同,其技术源自LEM公司已成功应用于汽车行业的成熟技术。然而,凭借其更小的尺寸和更优异的性能,LEM公司预计随着晶体管制造成本的降低、自动化程度的提高以及产量的增加,这项技术将扩展到其他领域。
随着对低成本、高性能和高响应时间要求的应用市场不断增长,这项新型混合技术的未来前景一片光明。LEM公司的这款新型设备完美适用于众多对性能要求极高的应用,例如便携式等离子切割机、焊机和DC/DC转换器,以及前文提到的UPS市场、开关电源、交流和伺服电机变速驱动器以及直流电机驱动的静态转换器。LEM
公司目前已收到客户对额定电流为300A、600A及以上的PCB安装式传感器的需求。尽管难以准确预测市场需求的增长速度,但LEM公司已做好准备,为众多市场提供开环多量程电流传感器。这款传感器拥有前所未有的响应速度和频率带宽,同时兼具高可靠性、低功耗、低噪声以及对碳化硅功率模块可能承受的dv/dt(加速度)的更高抗扰度。LEM——
 
生命、能源、运动。作为
一家领先的电气测量公司,LEM致力于开发一流的能源和移动解决方案,以确保客户的系统优化、可靠且安全。我们拥有遍布15个国家/地区的1500名员工,将技术潜力转化为强大的解决方案。LEM汇聚并聘用全球顶尖人才,引领可再生能源、移动出行、自动化和数字化等重大趋势的发展。
凭借其创新的电气解决方案,LEM助力客户和社会加速向可持续未来转型。LEM自1986年起在瑞士证券交易所(SIX Swiss Exchange)上市,股票代码为
LEHN。www.lem.com