WBG的高頻切換帶來了與帶寬和速度相關的挑戰，這些挑戰可以通過新的傳感技藝來解決。此外，氮化镓 (GaN) 和碳化矽 (SiC) 器件對短路條件的耐受性和電流傳感要求不同。

當使用GaN 器件時，具有捕獲超快速短路事件所需帶寬的電流傳感器至關重要，因為 GaN 器件的短路耐受時間比 Si 和 SiC 器件短得多。因此，Si 基電源轉換器中使用的電流傳感器通常也適用於 SiC 應用，但不適用於 GaN。

例如，羅氏線圈 (RC) 在高功率應用中很常見，因為它們可以供應電流隔離、進行高電流測量並且易於集成。然而，RC 的帶寬限製在數十 MHz，如下所述，人們正在努力策劃帶寬為 3 GHz 及更高的新一代 RC，以用於 WBG。

許多現有電流傳感器的帶寬有限，因此很難將其與 SiC 和 GaN 器件一起使用。SiC 器件 (BW SiC ) 的帶寬要求超過 100 MHz，而對於 GaN 器件，BW GaN的帶寬要求超過 500 MHz(圖 1)。許多現有傳感技藝的帶寬有限，因此難以或不適合 WBG 使用。因此，人們正在探索和開發新的電流傳感技藝。

圖 1. BW SiC超過 100 MHz，BWGaN 超過 500 MHz，使用這些 WBG 設備時電流感應尤其具有挑戰性。

本討論主要關註 WBG 應用的帶寬要求。然而，隔離能力、尺寸、測量直流電流的能力、EMI 抗擾度、熱穩定性、精度、線性度、功耗和成本等因素差異很大。隔離對於高壓應用至關重要，而 EMI 抗擾度通常是使用高頻和高功率 WBG 電源轉換器時的一個重要考慮因素。

目前大多數傳感技藝都難以達到幾十kHz的帶寬，即使是高帶寬設備一般也限製在幾十MHz，這對於許多WBG應用來說是不夠的(圖2)。

圖 2. 所選電流傳感方法的潛在帶寬比較。

改進的羅氏線圈

對於高功率 WBG 應用，已經開發出一種改進的 RC，可將帶寬從數十 MHz 擴展到 3+ GHz。在傳統 RC 中，帶寬受到自感和寄生電容相互作用引起的諧振的限製。新的傳輸線 (TL) RC 解決了電感和電容的限製。該傳感器還采用雙端阻抗匹配，以確保 GHz 級的高信號完整性。

設備集成電流檢測

已經開發出不同的集成電流感應方法，用於增強模式、e 模式、(通常關閉)GaN 器件以及結合常開 GaN HEMT 和常關 Si MOSFET 的共源共柵器件。

開發了一種帶有 17 MHz 帶寬電隔離電流傳感器的級聯 GaN 半橋。當集成到半橋模塊中時，新 IC 可提高開關頻率並減小電容器和電感器的尺寸，從而有助於縮小解決方案尺寸。它由 650 V 耗盡型 GaN FET 組成，由使用 25 V N 溝道横向擴散 MOS FET (LDMOS) 的低傳播延遲柵極驅動器切換。

LDMOS 還可用作電流感應的分流電阻。電流檢測 LDMOS 的導通電阻因工藝、電壓和溫度 (PVT) 變化而變化，可使用參考 LDMOS 進行補償。隔離柵上的數字校準環路可使電流傳感器增益在工作溫度範圍內保持在 ±1.5% 以內

在另一個例子中，一個小型“電流鏡”已與 e-mode GaN 功率 FET 並聯單片製造。傳感“鏡像”FET 的電阻比主功率 FET 大 1,500 倍，因此電流傳感的功率損耗可以忽略不計。此外，由於是單片集成，兩個器件的導通電阻和溫度效應可以抵消，不會影響電流傳感精度。過流傳感時間可以短至 30 納秒，而傳統方法則為 180 納秒。

概括

使用 WBG 時，存在許多與電流感應相關的挑戰。帶寬和速度是其中最重要的兩個。大多數現有的電流感應技藝不適合與 WBG 一起使用。因此，有幾個小組正在研究替代方案，從改進的 RC 到將電流感應與 WBG 設備集成的各種方法。