分段罗氏线圈及压接型电力电子器件电流分布检测装置

本技术涉及电力电子器件领域，具体涉及一种分段罗氏线圈及应用该线圈实现压接型电力电子器件内部电流不均衡的非侵入式检测装置。

背景技术：

1、压接型电力电子器件在功率密度、双面散热等方面具有突出优势，已被广泛应用于高压大功率场景，如柔性直流输电、大容量功率变换、新能源发电等领域。为了进一步提升器件的通流能力，压接型电力电子器件通常采用扩大芯片面积或内部并联多芯片的结构。受到芯片工艺、封装的寄生电感、压装结构压力不均等因素的影响，压接型电力电子器件内部的电流不均衡是不可避免的。当压接型电力电子器件发生严重的电流不平衡时，会严重降低器件性能，进而影响设备的安全运行。因此，对于压接型电力电子器件内部的电流不平衡状态进行检测具有重要工程意义。

2、现有技术中，检测压接型电力电子器件内部电流不平衡采用的方法为侵入型的罗氏线圈检测方法，如参见：[1]m.furuya and y.ishiyama,“current measurement insidepress pack igbts,”fuji electr.j.,vol.75,no.8,pp.1–3,2002.[2]s.fu,x.li,z.lin,z.zhao,x.cui,x.tang,and j.wan,“current measurement method of multiple chipsusing rectangular pcb rogowski coils integrated in press pack igbt device,”ieee trans.power electron.,vol.38,no.1,pp.96–100,2023.cn112730943a、cn104459277a、cn10985644a这类方法可以用于压接型电力电子器件的电流不均衡检测，它需要将器件的封装打开，将完整的罗氏线圈放入器件内部，分别检测每一个芯片的电流。具体来说，这类方法可以分为典型罗氏线圈检测与印刷电路板罗氏线圈检测。这两种检测方法均需要打开器件的封装，并针对每个并联的芯片使用典型的完整的罗氏线圈或印刷电路板完整的罗氏线圈分别进行检测。它们具有两个主要缺陷：一方面，这两种方法检测时需要破坏器件的封装结构并在器件内部安装传感器，这会严重破坏器件的密封性与绝缘性，导致器件被检测后无法继续使用；另一方面，这两种方法需要与并联芯片数量相等的电压采样电路，并联芯片的数量通常高达几十个，带来的电压采样电路的成本是非常高昂的。

3、此外，现有技术，如cn101625377a，公开一种高精度开口式罗氏线圈，它包括至少一层pcb板，每层pcb板由两个相对设置的板组成；两个板之间设有间距，两个板的一端开口为常开开口；所述pcb板上设有线圈，线圈由刻在pcb板上下面上的导线以及连接上下面导线的导线柱构成；在所述常开开口处设有信号输出端；两个板的线圈由连接线串联连接。cn109613318a公开了一种测量小电流用罗氏线圈，包括由外至内同心设置的绝缘橡胶管外层、屏蔽层、漆包线、磁性材料、反馈芯线及中心柔性骨架，绝缘橡胶管外层、屏蔽层、漆包线、磁性材料、反馈芯线及中心柔性骨架的两端连接在罗氏线圈对接头上，罗氏线圈对接头上连接有引出屏蔽线，引出屏蔽线由内部的芯线及包裹在芯线外的屏蔽材料层构成。本实用新型还提供此罗氏线圈的制造方法。cn106370894a涉及一种开口式罗氏线圈及应用，包括双层pcb板，每层pcb板由一对相对设置的半圆环形板构成，相对设置的两块半圆环形板之间设有间隙，所述pcb板中间为一间隔绝缘层，该间隔绝缘层两侧由内向外依次对称设置导电层、间隔绝缘层和屏蔽层，线圈敷设于所述导电层，两个屏蔽层由设置在靠近罗氏线圈外径处的连接两屏蔽层的通孔进行电气连接，形成法拉第笼屏蔽罩结构。cn104407192a公开了一种用于输电线路雷电流测量的可开口式罗氏线圈，包括上线圈外壳、下线圈外壳、柔性罗氏线圈螺纹骨架、绕线线圈、绝缘套管、内屏蔽层、热缩管等，绕线线圈均匀地缠绕在柔性罗氏线圈螺纹骨架上的螺纹凹槽中，在柔性罗氏线圈螺纹骨架和绕线线圈的外层依次套有绝缘套管、内屏蔽层和热缩管。cn105548644a涉及一种双线并绕的罗氏线圈及信号处理方法，具体是电子式电流互感器中的罗氏线圈绕制方法和原始信号的检测方法。本实用新型包括由双线并绕的罗氏线圈，采用双路漆包线紧挨、平行、并均匀缠绕在罗氏线圈骨架上，形成环形线圈。本实用新型不用改变线圈结构，仅在绕制方法和连接方式上做了改进，即可获得良好的性能。cn109782062a涉及一种罗氏线圈型电子式电流互感器谐波计量特性优化方法，首先分别获取罗氏线圈的线圈内阻、线圈自感和线圈杂散电容的决定因素，依据各决定因素分别计算罗氏线圈的线圈内阻、线圈自感和线圈杂散电容，然后定量分析罗氏线圈的内阻、自感、杂散电容等固有参数对电子式互感器谐波传变特性的影响，为工艺改进提供技术支持，根据相应的高次谐波条件下输出特性分别对内阻、线圈自感和线圈杂散电容进行工艺优化。cn102436897a用于直流系统短路电流检测的柔性罗氏线圈及其设计方法，该线圈包括均匀绕制在带有开口的圆环形柔性骨架上的线圈及回线，在线圈及回线外套装有外层绝缘套管，圆环形柔性骨架的开口上安装有与线圈及回线相连接的插入式接口，线圈出线经插入式接口的孔引出后与取样电阻模块相连，取样电阻模块引出信号与后级积分电路相连接。cn112730943a公开了一种用于压接式i gbt内部电流测量的圆形pcb罗氏线圈，结合4.5kv/1.2ka压接式i gbt器件的凸台布局，设计了一种圆形pcb rogowsk i线圈，该线圈的设计包括：线圈内径、外径、线圈匝数等参数的合理选择。cn209804439u计量保护一体化电流传感器，包括绕制式罗氏线圈、pcb罗氏线圈，所述pcb罗氏线圈镶嵌于绕制式罗氏线圈的内部；绕制式罗氏线圈用作电力系统的计量使用，用于精确测量导线上的电流，起到实时计量的作用。pcb罗氏线圈用作电力系统的保护使用，用于测量电力系统内的大电流信号。

4、然而，上述现有技术虽然也对罗氏线圈做了分段或开口的处理，但其实质上是为了方便将待测导线/导体放入线圈中心包围区域。上述现有技术中的分段罗氏线圈每一段之间仍然是进行电气连接的，电路上等效为一个罗氏线圈，不具备分段罗氏线圈的特殊的互感特性。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的缺陷，本实用新型公开一种分段罗氏线圈，其技术方案如下：

2、一种分段罗氏线圈，其特征为：根据被测器件的外型尺寸，确定单个分段罗氏线圈骨架对应的结构；当确定线圈骨架结构后，导线均匀缠绕于线圈骨架上，所述线圈的绕线方式为带有返回线的绕线方式；线圈的两个端子被引出并接入测量设备；根据线圈骨架结构的形状不同，排列在被测器件周围的线圈个数不同。

3、优选为：所述测量设备为电压采集设备；所述线圈骨架为印刷电路板的fr4或橡胶、塑料绝缘物理结构；除引出的两个端子外，整体线圈结构被金属薄膜屏蔽层包裹。

4、优选为：若被测器件为圆形结构，所述分段罗氏线圈的骨架设计为扇型结构；当所述扇型结构骨架的角度为90度，则四个线圈紧密排列在被测器件的周围。

5、本实用新型还公开一种压接型电力电子器件电流分布检测装置，其特征为：

6、所述分段罗氏线圈对称地排列在被测器件的周围；所述被测器件与外部电源连接通过外部电源为被测器件提供电流；所述分段罗氏线圈引出端子与电压采集设备连接。

7、优选为：使用双脉冲测试实验给被测器件通入电流。

8、优选为：每个所述分段罗氏线圈引出的两个端子接入电压采集设备得到每个分段罗氏线圈的测量电压。

9、有益效果

10、本实用新型不需要破坏压接型电力电子器件的封装结构，通过所提分段罗氏线圈的外部测量结果即可反映器件内部的电流分布情况，测试完成后的器件依然可以正常使用。因此，所提方法在非侵入性上具有突出优势；

11、本实用新型所需的采样电路数量更少，成本更加低廉。

12、本实用新型所提出的分段罗氏线圈，每一段线圈都有两个单独的导线端子被引出并接入电压采集设备。