PK‑CWTUM/600柔性电流探头在UPS功率模块IGBT开关电流测试中的应用案例

案例背景

某工业电源研发企业，开展60kVA 在线式 UPS 功率模块研发调试工作。样机满载测试阶段出现异常：整机机柜温升偏高，输出电压存在小幅波动，功率桥臂偶发异响。初步怀疑 IGBT 开关损耗过大、桥臂电流波形畸变，但设备内部布线紧凑，IGBT 器件引脚空间狭小。

普通刚性电流钳体积大，无法伸入板卡缝隙；普通霍尔电流探头带宽不足，无法捕捉百纳秒级开关瞬态尖峰，无法获取真实开关电流波形，故障点难以定位。

项目组综合峰值电流、带宽、线圈尺寸、耐压等条件，选用PRBTEK PK‑CWTUM/600 柔性电流探头搭配 4 通道数字示波器开展测试与故障定位。

PK‑CWTUM/600 关键参数：

灵敏度：10mV/A（100X）

峰值电流：600Apk

di/dt：40kA/μs

带宽：6Hz‑30MHz

线圈耐压：3kVrms，典型精度 2%

线圈截面直径约 1.6mm，80mm 周长线圈，可伸入狭小器件引脚；USB5V 供电，BNC 输出接示波器。

测试目的

采集满载工况下 IGBT 开通、关断全过程电流波形，捕捉开通尖峰、振荡、di/dt 变化；

结合电压波形计算单管开关损耗，定位温升偏高根源；

对比理论波形，查找桥臂电流畸变、异常振荡的诱因；

为栅极驱动参数优化提供实测数据支撑。

测试硬件清单

柔性电流探头：PK‑CWTUM/600（80mm 线圈周长，1.5m 标准线缆）

数字示波器（输入阻抗设置 1MΩ）

高压差分探头（同步采集 IGBT 集射极电压 Vce）

探头标配 USB 供电线、BNC 连接线

UPS 被测样机、电子负载

实操测试步骤（严格遵循说明书操作流程）

1.断电接线：将 UPS 样机完全断电放电。PK‑CWTUM/600 的 BNC 接头接入示波器通道；示波器输入阻抗设置为1MΩ，示波器通道衰减倍率设置为 100X，匹配探头 10mV/A 灵敏度。USB 接口接入 5V 供电，确认探头绿色电源指示灯点亮。

2.线圈安装：打开 UPS 功率腔外壳，将柔性感应环套入 IGBT 集电极引脚。

将线圈插头完全插到底，防止信号抖动；

被测引脚放置在线圈圆环正中心；避开线圈交界阴影误差区域；

线圈远离板卡变压器等强磁场干扰源，降低电磁干扰。

3.干扰预判断：线圈保持在原位但不套住导体，观察示波器基线噪声，确认无明显外部磁场干扰。

4.上电采集波形：接通 UPS 样机，电子负载设置满载工况。示波器开启高采样率，触发模式设置边沿触发，同步采集 IGBT 电流（本探头）与集电极‑发射极电压（差分探头）；分别记录轻载、半载、满载 3 种工况下开关周期完整波形，保存开通尖峰、关断拖尾、电流振荡数据。

5.测试结束：先关闭被测 UPS 电源，等待高压回路放电完毕，再取下感应线圈；断开探头 USB 供电，收纳进手提收纳箱。

测试结果与问题定位

通过 PK‑CWTUM/600 的 30MHz 带宽，完整复现 IGBT 开关瞬态细节：

1.IGBT 开通瞬间存在瞬时电流尖峰，峰值超过 580A，di/dt 达到 32kA/μs，超出设计预期；电流波形伴随明显高频振荡；

2.通过示波器数学运算 Vce×Ic 得到瞬时功率，积分计算单次开通损耗，实测开关损耗比仿真模型高出约 42%，证实整机温升偏高来自 IGBT 开通损耗过大；

3.分析波形判断：栅极驱动电阻偏小，导致开通电流变化速率过快，叠加功率回路 PCB 杂散电感，产生大尖峰与振荡。

优化验证

将 IGBT 栅极驱动电阻由 5Ω 调整至 10Ω，重复满载测试：

开通尖峰下降至 360A，振荡明显抑制；

单管开通损耗下降，整机机柜温度下降约 11℃，输出电压波动消失，异响现象消除。

案例总结

1.PK‑CWTUM/600 线圈纤细柔软，解决 UPS 内部功率器件引脚空间狭小的测量难题，不需要改动 PCB 板，实现非侵入式测量西安普科电...；

2.6Hz‑30MHz 完整宽带，兼顾工频稳态电流和纳秒级开关瞬态，同时可以观测稳态直流叠加的交流纹波；

3.2% 典型精度、40kA/μs di/dt 响应能力，可以精准捕捉功率半导体开通尖峰，为损耗计算、驱动参数优化提供真实实验数据；

4.操作关键点回顾：被测电路必须断电再套线圈；导体置于线圈中心，避开线圈接头阴影误差区；测试完毕先关被测电源，再取下探头线圈，避免高压冲击损坏探头。

适用延伸场景

除 UPS 功率模块 IGBT 测试，该型号还可用于大功率开关电源、变频器、双向储能变流器 PCS，开展 MOSFET/IGBT 开关损耗测试、缓冲回路电流、母线谐波分析等测试工作。

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