作为典型的电力电子电路拓扑结构，三相桥式逆变电路广泛应用于交流电机驱动、并网逆变器等电力电子装置。电流检测主要用来为三相桥式逆变电路的控制策略、保护策略提供电流参数，如何可靠、精确地获取电流信息是实现逆变电路高效、高性能运行的关键。
在三相桥式逆变电路中，需要对高频波动的直流母线或三相负载电流瞬时值进行检测，其检测结果用来为电流、磁链的闭环控制提供反馈值，或者为开关器件、负载的过电流保护提供参考。
目前，电流检测传感元件主要包括霍尔电流传感器、磁通门电流传感器和分流器。常见的电流检测方法包括：①使用两个或三个电流传感器在负载的高端（交流输出侧）进行电流检测；②使用两个或三个电流传感器在低端（下桥臂）检测；③使用单电流传感器在直流母线上进行电流检测；④使用单霍尔/磁通门电流传感器采用多位置耦合方式进行电流检测。
伴随着电力电子高频化发展趋势，以及逆变器性能、可靠性要求的提升，目前三相桥式逆变电路电流检测面临的主要挑战包括：
①如何提升全量程电流检测精度，尤其是小电流的检测精度，以提升电机低速、低转矩下的控制精度，或者确保并网逆变器在弱光、低风速下的可靠工作；②如何消除多个电流传感器参数不一致性造成的测量误差，以提升逆变器的控制精度；③如何通过优化电流传感器安装位置、开发新型PWM方法，以确保单电流传感器能够为控制策略提供完备的电流反馈信息；④如何在多应用背景下，针对不同误差类型，开发消除直接检测误差和间接导致误差的融合性方法，是提升电流检测精度面临的重大挑战。
针对三相桥式逆变电路电流检测问题，郑州轻工业大学电气信息工程学院的申永鹏、刘迪、梁伟华、郭磊磊、王延峰，在2023年第2期《电工技术学报》上撰文，分析霍尔、磁通门和分流器三种电流传感器的工作原理，比较三者检测特性及优缺点。从高端电流检测、低端电流检测和复合电流检测三个方面对多电流传感器方法进行的综述分析；从脉宽调制波形调整、电压矢量合成和状态观测三个方面对直流母线单电流传感器电流检测方法进行分析；从中间桥臂耦合、上下桥臂耦合和多支路耦合三个方面对多位置耦合电流检测方法进行分析；从固有误差和采样误差两个方面对电流检测误差的产生机理及解决方法进行分析。最后对三相桥式逆变电路以及相关电力电子电路变换器电流检测方法的发展趋势进行展望。
研究人员指出，围绕三相桥式逆变电路的高可靠性、高集成度、高精度电流检测需求，业内已从传感器设计、PWM波形调整、矢量合成方法优化、电流状态观测、电流检测位置及电流耦合关系设计、电流检测误差的产生机理及解决方法等方面展开了深入研究，并取得了重要研究进展。
但是，一方面伴随着SiC、GaN等宽禁带电力电子半导体器件的发展，电力电子高频化发展趋势越来越明显，扩大了单传感器电流检测的不可观测区域，对电流传感器及信号处理电路的响应速度、可靠性提出了新的挑战；另一方面，“双碳”战略目标下，交流电机驱动、并网逆变器等领域的高效、高性能控制需求也对电流检测系统的测量精度提出了新的要求。
针对上述问题，研究人员对未来三相桥式逆变电路以及相关电力电子电路变换器的电流检测系统做如下展望。
1）高带宽、高响应速度电流传感器研究
目前工业应用领域，典型的闭环霍尔电流传感器带宽通常为100kHz（-3dB）左右，响应时间通常为1ms以内（90%额定电流）；磁通门电流传感器带宽可达300kHz（-3dB），响应时间通常为0.5ms以内（90%额定电流）。面对开关频率可到数百kHz甚至MHz的宽禁带电力电子半导体器件，在某些高载波频率、复杂控制算法应用场景下，如何进一步提升带宽、降低响应时间对于快速、准确地实现电流传感，仍需要从磁场敏感元件、传感器结构和电路结构等方面进行深入研究。
2）单电流传感器最小采样时间的定量计算
最小采样时间的精确定量计算是开展单传感器采样的前提，受限于功率器件的导通特性、变换器**区设置、信号处理及A-D转换时间、调制度/载波周期等因素，当矢量作用时，电流需要经过第一阶段主要包含功率器件的导通特性及变换器**区设置，第二阶段主要包含由运放摆率、负载感抗造成的信号处理及A-D转换时间的动态过程，才能出现第三阶段的稳定状态。
如何围绕上述五方面因素，结合矢量控制系统的调制度及载波周期，实现最小采样时间的精确定量计算，是提升低调制度、高载波频率下单电流传感器系统可靠应用的关键。
3）采样位置及耦合路径优化
对于多位置耦合电流检测方法，合理的采样位置和耦合路径，能够有效消除电流耦合，实现低调制度和扇区边界处的电流采样。目前已有的相关方法通过传感器耦合路径、脉宽调制策略的优化，一定程度上扩展了电流可观测区域。但是缺少对传感器安装位置及耦合路径之间电流关系的系统分析，同时缺少矢量合成方法与耦合路径之间的理论推导，限制了多位置耦合电流检测性能的进一步提升。通过采样位置及耦合路径优化，是扩展多位置耦合电流检测方法应用范围，实现低调制度和扇区边界处的电流采样的重点。
4）电流采样精度的研究
尽管单电流传感器方法在一定程度上消除了多传感器参数不一致带来的电流误差，但是由于仅采用一套电流传感器及信号处理电路，其零点漂移误差会扩大至所有相电流，进而影响重构精度。因此，进一步深入分析单电流传感器误差扩大效应的产生机理，通过优化采样位置及耦合路径、优化矢量合成方法、开发零点漂移校正策略等方法，消除误差扩大效应对电流重构的影响，实现零点漂移误差的自检测及自校正，是提升单电流传感器电流检测方法测量精度的关键。
本文编自2023年第2期《电工技术学报》，论文标题为“三相桥式逆变电路电流检测方法综述”。本课题得到国家自然科学基金项目、河南省科技攻关项目、河南省青年骨干教师培养计划项目、郑州市协同创新专项和河南省高校科技创新团队支持计划项目的支持。
