芯耀
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單位：浙江巨磁智能技術(shù)有限公司
作者：曹宏達
全球光伏產(chǎn)業(yè)正經(jīng)歷從"效率優(yōu)先"向"系統(tǒng)級性能優(yōu)化"的深刻變革。隨著碳化硅（SiC）功率器件在光伏逆變器中的滲透率突破20%（據(jù)Yole預(yù)測，2025年將達35%），行業(yè)對電流檢測技術(shù)提出了前所未有的挑戰(zhàn)。作為國內(nèi)實現(xiàn)霍爾傳感芯片自主開發(fā)的電流傳感器方案商，我們即將推出的2MHz帶寬電流傳感芯片，正在重新定義高頻電力電子系統(tǒng)的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)。
一，SiC器件重塑光伏逆變器格局
技術(shù)革命：
●?開關(guān)頻率提升3-5倍：行業(yè)最新SiC模塊已實現(xiàn)100kHz以上開關(guān)頻率（傳統(tǒng)IGBT約20kHz），減少無源器件體積達60%
●?系統(tǒng)效率突破99%：在1500V光伏逆變器 中，SiC方案效率突破99%，而IGBT因損耗高無法滿足光儲系統(tǒng) 25年壽命要求。
●?耐溫性能質(zhì)變：科銳第三代SiC器件可在200℃環(huán)境下穩(wěn)定工作，允許更緊湊的散熱設(shè)計
●?成本拐點：隨著先進8英寸襯底量產(chǎn)，2024年SiC器件成本較硅基方案差距收窄至1.3倍（2020年為4倍），在150kW以上系統(tǒng)中已具備全生命周期成本優(yōu)勢
二，行業(yè)標(biāo)桿案例驗證技術(shù)方向
高頻電流傳感器的關(guān)鍵位置
（1）光伏組串輸入端（DC側(cè)）
位置：位于光伏組串與逆變器DC輸入端之間。
功能：監(jiān)測每路組串的輸入電流，實現(xiàn)MPPT（最大功率點跟蹤），優(yōu)化發(fā)電效率；檢測輸入過流或短路故障，保護直流母線電容和功率器件。
位置：升壓電感或DC/DC變換器輸出端（直流母線）。
功能：監(jiān)控升壓后的直流母線電流，確保電壓穩(wěn)定；配合SiC MOSFET高頻開關(guān)控制，優(yōu)化動態(tài)響應(yīng)。
（3）逆變橋臂交流輸出端（AC側(cè)）
功能：實時采集交流電流波形，用于PWM調(diào)制算法和閉環(huán)控制；檢測過載或諧波畸變，保障并網(wǎng)電能質(zhì)量（如THD<3%）。
（4）交流并網(wǎng)點
位置：逆變器輸出端與電網(wǎng)連接點（濾波電感后）。
功能：監(jiān)測并網(wǎng)電流，滿足電網(wǎng)規(guī)范（如低電壓穿越）；檢測孤島效應(yīng)，確保系統(tǒng)安全。
- 某逆變器龍頭企業(yè)寧夏200MW項目：
●采用基于SiC的三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，開關(guān)頻率提升至75kHz
●部署高頻傳感器后，MPPT動態(tài)響應(yīng)速度加快40%，單日發(fā)電量提升2.7%
●成功通過CQC認(rèn)證的1500V系統(tǒng)電壓下連續(xù)72小時滿負(fù)荷測試
- 特斯拉Powerwall 3技術(shù)迭代：
●新一代儲能逆變器將開關(guān)頻率提升至120kHz
●需在5μs內(nèi)完成過流保護觸發(fā)，對傳感器響應(yīng)延遲提出<1μs硬性要求
三，高頻電流檢測的技術(shù)挑戰(zhàn)與突破
行業(yè)痛點：
●?開關(guān)瞬態(tài)盲區(qū)：當(dāng)SiC開關(guān)速度達到100KHz以上時，傳統(tǒng)<200kHz帶寬傳感器會丟失30%以上的關(guān)鍵瞬態(tài)信息
●?電磁干擾倍增：高頻工況下寄生參數(shù)導(dǎo)致共模干擾強度增加20dB，對CMTI指標(biāo)提出120kV/μs新要求
●?熱管理壓力：模塊化設(shè)計使傳感器安裝空間壓縮至傳統(tǒng)方案的1/4
Magtron解決方案：
●2MHz帶寬：完整捕獲SiC開關(guān)過程中的振鈴、過沖等瞬態(tài)特征，時間分辨率達200ns
通過10MHz的調(diào)制解調(diào)開關(guān)頻率在時域與頻域實現(xiàn)雙重突破：
由于主信號環(huán)路中的斬波模塊(調(diào)制解調(diào))的斬波頻率高達10MHz級別，同時主信號鏈路選取高帶寬運放高性能運放、數(shù)字濾波器等模塊。使得整系統(tǒng)電路的信號帶寬可以做到較高的頻率響應(yīng)特性。
高頻傳感器對高頻電流的檢測檢測響應(yīng)
傳統(tǒng)200KHz電流傳感器（左）
與Magtron 2MHz帶寬電流傳感器（右）
●?集成式磁聚焦結(jié)構(gòu)
●?傳感器多核探頭，提高精度和帶寬的同時，提升傳感器本身抗干擾能力
●?-40~+125℃寬溫區(qū)下精度保持±0.5%FS
內(nèi)置溫度傳感器模塊，可以對芯片進行實時溫補，保證在全壽命周期保持較高性能
可自調(diào)整的過載保護機制，可以為后端提供fault報警信號
四，結(jié)語
當(dāng)光伏逆變器的功率密度向50kW/L邁進，當(dāng)SiC器件的開關(guān)損耗降至硅基方案的1/5，電流檢測技術(shù)正從"配套元件"升級為"系統(tǒng)使能者"。我們誠邀行業(yè)伙伴共同探索高頻電力電子的檢測邊界，以每秒百萬次的數(shù)據(jù)洞察，守護每瓦特清潔能源的完美轉(zhuǎn)化。
