将电流传感器集成到EV用SiC功率模块中

功率半导体研究实验室 Silicon Austria Labs （SAL） 完成了将电流传感器集成到电源模块中的概念验证，该模块旨在用于电动汽车牵引逆变器和 DC-DC 转换器。

该实验室表示，这项技术可以提高效率，同时减小牵引逆变器和其他基于下一代碳化硅 （SiC） 功率器件的超大电流电力电子设备的尺寸和重量。新功率模块的核心是由 Asahi Kasei Microdevices 设计的非接触式、无磁芯电流传感器。新芯片取代了当今许多电动汽车中部署的基于磁芯的电流传感器。

两家公司在 PCIM 2025 上展示了具有集成电流传感功能的新型功率模块。

牵引逆变器中的精密电流传感

牵引逆变器是电动汽车的核心部件之一，是高压电池组和动力总成之间的桥梁。它在将电池中的直流电转换为用于为电机供电的三相交流电方面发挥着关键作用。

为了确保在不同的驾驶条件下（如制动、加速以及低速和高速行驶）平稳高效地进行控制，在宽动态范围内进行精确的电流传感是必不可少的。但当今电动汽车中常用的电流传感器往往又大又重，或者需要物理接触。

如今，称为母线排的层压金属薄条用于将大量电流从电池组分配到牵引逆变器和电动汽车引擎盖下的所有其他电力电子设备。为了测量流经它们的电流，金属环在母线上滑动以充当磁芯，电流在磁芯中产生磁场。通常，基于霍尔效应的非接触式电流传感器放置在磁芯的一个小槽中，以测量磁场，该磁场与流经母线的电流成正比。

实现无芯化，以最大限度地减少空间和重量

SAL 表示，它使用了 AKM 最新的基于霍尔的无芯电流传感器，以显著节省空间和重量。电流传感器能够处理非常大的电流 — 高达几千安培或千安 — 而无需磁芯。它还具有高分辨率（约 1 ARMS），即使在高达数百安培的电流下也是如此。

此外，该器件可精确测量小电流，即使在部分负载下也能实现高效率。新型电流传感器 IC EZ232L 具有宽带宽和高精度，可以直接放置在进出电源模块的母线下方。

这种集成还使得功率模块可以使用标准印刷电路板 （PCB） 来实现。在许多情况下，EV 功率模块中的 SiC MOSFET 使用直接铜键合 （DCB） 安装在陶瓷基板上。

这些陶瓷基板因其电气隔离、高导热性和强大的功率处理能力而广受欢迎。但它们的成本更高。SAL 表示，它使用 DCB 将每个 SiC 功率 MOSFET 封装在陶瓷基板上，然后将三个陶瓷封装的功率器件连接到标准 PCB，而不是整个模块使用陶瓷基板。据 SAL 称，这可能有助于降低成本。

“设计的功率模块提供了一种一体化解决方案，集成了最新的直接铜键合功率半导体以及栅极驱动电路和电流传感功能。该模块使用标准 PCB 和现成的组件，为中小批量生产提供了灵活性和成本优势，“SAL 电力电子部门的团队负责人之一 Thomas Langbauer 说。

SiC 的影响

SiC 在 EV 牵引逆变器中发挥着不可或缺的作用。与传统 IGBT 相比，基于 SiC 的功率 MOSFET 可以在更快的开关频率下工作，快速导通和关断以产生更平滑的交流信号，从而提高电动汽车电机的效率。

更快的开关速度还可以通过缩小电源中的变压器、电感器、电容器和其他无源器件来帮助提高功率密度。此外，SiC MOSFET 具有较低的反向恢复电荷 （Qrr），并且比硅 IGBT 更有效地处理高温。

虽然 SiC 可以显著降低尺寸、重量和系统级成本，但它仍然比传统硅更昂贵。因此，集成和打包方面的进步将是扩大其优势的关键。

“我们预计集成无芯电流传感器技术的功率模块将有助于实现更小、更轻的 [EV] 牵引逆变器，”AKM 电流传感器业务部总经理 Toshinori Takatsuka 指出。