電流采集技術在各個領域發揮著核心作用，準確而可靠的測量對于優化性能和確保系統效率至關重要。然而，傳統的分流電阻器雖然價格實惠且測量精確，但由于缺乏電氣隔離，其在高電壓測量應用中受到限制，特別是在800V的電動汽車、1500V的太陽能系統和2000V的電動飛機推進系統等高電壓應用中體現得尤為明顯。

預計到2025年，電流采集技術市場的價值將達到36億美元，這表明市場對于能夠克服傳統分流電阻器局限性，并滿足現代電力系統要求的解決方案需求不斷增長。雖然出現了電流互感器和磁傳感器（如霍爾效應和磁電阻）等替代技術，但這些技術往往在速度、精度、尺寸、操作范圍和成本方面存在局限。這突顯了開發結合分流電阻器的精準性和經濟性與電氣隔離特點的創新電流采集技術，尤其是為高電壓應用設計的技術的迫切需求。

分流電阻器的應用

在電力電子綜合系統中，集成了分流電阻器技術，為各行各業提供了提升效率、增強可靠性和簡化設計與組裝的巨大優勢。隨著各行業迅速實現電氣化，對集成系統和模塊的需求愈發增長。先進的寬帶隙半導體設備如硅碳和氮化鎵晶體管的出現，進一步推動了集成解決方案的需求，以實現最佳性能和成本效益。

分流電阻器的優勢在于它相較于其他測量技術而言的成本效果顯著。分流電阻器提供了一種經濟高效的測量方案，而不會影響模型或電路的精度。當與電力模塊集成時，可獲得一個較為簡化且緊湊的傳感結果。在實際應用中，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。這常涉及實現放大和條件電路，以放大穿過分流的微小電壓降并將其轉換成可測量的信號。

分流電阻器的電流共享能力

在實驗中使用的分流電阻器的電阻值保證容差為1%，其溫度系數相對于20°C小于50ppm/K，這導致在120°C時最大偏差可達到0.5%。在最壞的情況下，假設所有并聯的分流電阻器同時出現最大偏差。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為1μV/K。考慮到電阻合金之間的20K溫差，預計會產生20μV的電壓誤差。考慮到名義電流對應于分流上的128.6mV，這種電壓誤差占名義電流的0.016%。因此，熱電效應的影響是微小的。

模擬結果展示了電阻器之間不均勻的電流共享效應。模擬表明，由于IGBTs、分流電阻器和鍵合線的布置，導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。

評估結果表明，有效分流電阻的值依賴于模塊內的電流路徑，尤其是上下開關導通之間的差異。可能的誤差減少方法包括為每個電流路徑單獨校準，或用固定值修正每個分支的電阻。控制算法可以通過基于當前占空比的動態加權平均來考慮不同電阻值。

直流和脈沖測量結果

采用直流電流對模塊進行驗證，并測量感測端子上的電壓，從而驗證了直流電流測量的準確性。

靜態特性調查表明，盡管分流電阻器的最高溫度隨著負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。使用紅外攝像機在風冷系統中測得分流溫度。

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

結論

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置隔離等，但通過精心設計和采取減輕措施可以解決這些挑戰。分流電阻器仍是電氣設計中的一種強大工具，提供高精度的電流測量和控制。通過充分利用其優勢，同時關注其局限性，設計者和研究人員可以在創新產品的性能和效率方面進行優化。