PK-CWT mini/300罗氏线圈在储能变流器 PCS 大功率 IGBT 模块短路冲击电流与均流特性测试

案例名称：储能变流器 PCS 大功率 IGBT 模块短路冲击电流与均流特性测试

一、客户背景与测试痛点

1. 客户单位

国内储能设备头部企业电力电子实验室，主营 1500V 高压储能变流器（PCS）、大容量锂电池储能系统研发与可靠性验证，设备单台额定输出峰值电流 280A，短路故障冲击峰值可达 280kA。

2. 核心测试需求

量程匹配：需捕捉 IGBT 桥臂短路瞬间280kA 峰值冲击电流，普通 mini 小量程线圈会超量程削波；

空间限制：功率机柜内部布线密集、铜排间距仅 12mm，传统硬质电流钳、标准长罗氏线圈无法伸入；

高频瞬态捕捉：短路电流 di/dt 最高达 32kA/μs，开关振荡频谱覆盖 100Hz~12MHz，要求探头带宽≥16MHz 无波形畸变；

同步多通道测量：4 路并联 SiC 功率模块同步采集，对比各芯片瞬时均流，定位封装不均流、母线杂散电感缺陷；

绝缘安全：直流母线 1500V 高压带电测试，探头线圈需具备高压隔离，无对地短路风险；

长时间循环测试：单次短路冲击试验连续 8 小时循环测试，支持离线电池供电，无需外接电源布线。

3. 原有方案痛点

传统开合式电流互感器：大电流下严重磁饱和，短路尖峰完全丢失，无法分析故障波形；

进口标准罗氏线圈：线圈周长 700mm，体积过大塞不进 PCS 狭小功率腔，拆装需拆解铜排，耗时 2 小时 / 次；

小量程 mini 线圈（mini/150）：峰值仅 60kA，短路冲击直接超量程，波形削顶，数据失效。

二、PK-CWT mini/300 选型匹配依据

选用PK-CWT mini/300 /B/1.0/200（电池供电、1m 同轴电缆、200mm 微型线圈周长），核心参数完全贴合测试需求：

峰值电流 300kA，覆盖 280kA 短路冲击，预留安全裕量；

灵敏度 0.1mV/A，300kA 满量程输出 30V，适配示波器 1MΩ 输入档位；

带宽 0.2Hz~16MHz，完整复现工频稳态电流 + MHz 级短路振荡；

最大耐受 di/dt=40kA/μs，高于实测 32kA/μs，上升沿无失真；

200mm 微型柔性开口线圈，可直接套入 10~15mm 窄间距铜排，无需拆解母线；

线圈耐压 10kVpk，1500V 直流高压工况绝缘安全；

双供电模式：4 节 5 号电池连续工作 8h，完美匹配长时间冲击循环试验；

典型精度≤2%，空心无磁饱和，大冲击电流线性度稳定。

PK-CWT mini系列实物图

三、整套测试系统搭建方案

1. 设备清单

2. 现场安装步骤

断电安全确认后，将 mini/300 红色柔性开口线圈掰开，直接套入 4 路并联 SiC 模块输出窄铜排，线圈居中穿过导体，避开拼接误差区域；

积分器单元固定在机柜外侧空闲导轨，1m 同轴 BNC 线直连示波器 4 通道，无需额外信号调理；

积分器装入 4 节 5 号电池，开启供电指示灯，示波器输入阻抗设置 1MΩ，垂直档位按 0.1mV/A 灵敏度校准；

高压差分探头并联直流母线，示波器开启同步触发，设置单次捕获模式捕捉短路瞬态波形；

外部电磁屏蔽处理：线圈信号线远离驱动板高频走线，降低开关干扰噪声。

四、实测过程与数据结果

1. 稳态满载均流测试（额定 280A）

PCS 满载持续运行，4 路 mini/300 同步采集稳态输出电流：

四路模块瞬时电流分别为 276.8A、281.2A、279.5A、282.1A；

均流偏差最大仅 1.8%，波形无低频衰减，完整还原 50Hz 工频基波 + 20kHz 开关谐波；

对比进口同规格线圈，误差差值＜0.3%，国产替代精度达标。

2. IGBT 短路冲击故障测试（核心试验项）

触发功率回路硬短路，单次冲击峰值 276.4kA，上升沿时间 1.2μs：

波形完整性：mini/300 完整捕捉 1.2μs 陡升沿、峰值尖峰、衰减振荡尾波，无削顶、无幅值压缩；

关键参数计算：最大 di/dt=31.8kA/μs，单次短路释放能量 1260J；

故障定位：4 路波形对比发现 3# 模块电流峰值高出 7.2%，判定该支路母排杂散电感偏大，导致短路电流分配不均；

连续 8 小时循环冲击（1000 次短路试验）：探头电池稳定供电，波形幅值漂移≤0.5%，无基线偏移。

3. 对比旧方案测试差距

五、应用价值与落地改善

研发效率大幅提升微型开口线圈免拆铜排，单次试验布线时间从 2 小时缩短至 5 分钟，单日可完成 30 组短路冲击循环测试，研发周期缩短 40%。

精准定位器件缺陷依靠四路同步高精度电流数据，精准识别并联模块均流失衡、母线杂散电感超标问题，优化 SiC 功率模块封装与铜排布局，整机短路耐受能力提升 25%。

大幅降低测试成本PK-CWT mini/300 性能对标进口 CWT300mini，采购成本降低 60%，无后续耗材损耗，长期可靠性测试无需频繁更换探头。

拓展多场景复用能力该套 mini/300 除 PCS 短路测试外，还可用于：储能并网谐波监测、直流熔断器分断电流测试、大功率有源滤波 APF 冲击电流检测，一台设备覆盖多条测试产线。

六、案例总结

在 1500V 高压储能 PCS 狭小机柜、280kA 超大短路冲击、高频瞬态波形同步采集的严苛工况下，PK-CWT mini/300凭借微型柔性线圈、300kA 满量程、16MHz 宽频、无磁饱和、高压绝缘、便携电池供电六大核心优势，解决了传统测量设备量程不足、空间受限、波形失真、拆装繁琐等行业痛点，实现国产柔性罗氏线圈在大功率储能冲击电流测试场景的完整替代，为储能变流器功率器件可靠性研发、故障机理分析提供高精度、高可靠的电流测量解决方案。

以上内容由普科科技/PRBTEK整理分享， 西安普科电子科技有限公司致力于示波器测试配附件研发、生产、销售，涵盖产品包含电流探头、差分探头、高压探头、无源探头、罗氏线圈、电流互感器、射频测试线缆及测试附件线等。致力于成为电子配附件国产化知名品牌；全面系统解决电子测试测量行业仪器附配件价格高、货期长、品类不全的三大痛点。为千万电子工程师彻底打通电子测试的“最后一厘米”!更多信息，欢迎登陆官方网站进行咨询：https://www.prbtek.cn/