逆變器

電動(dòng)車?yán)锏摹鸽娔苤笓]家」

在上篇中，我們已經(jīng)了解了：逆變器在車輛中承擔(dān)著連接動(dòng)力電池與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的重要角色，在驅(qū)動(dòng)與能量回收過程中實(shí)現(xiàn)電能的雙向轉(zhuǎn)換。

那么接下來更進(jìn)一步的問題是——直流電，是如何被轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的三相交流電的？

本篇，我們將從電路構(gòu)成與運(yùn)行原理入手，繼續(xù)展開說明。

逆變器由什么組成？

為了輸出能夠驅(qū)動(dòng)電機(jī)的交流電，無論是 HEV（混合動(dòng)力汽車） 還是 BEV（純電動(dòng)車），逆變器通常采用由 IGBT 與二極管構(gòu)成的電橋電路，形成三相輸出。通過對(duì)這些半導(dǎo)體開關(guān)進(jìn)行控制，系統(tǒng)便可以按照控制要求生成所需的交流電。

【HEV車】

【BEV車】

【拓展理解】

IGBT 是什么？

IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）是一種通過輸入電壓控制輸出電流的半導(dǎo)體器件。它具備：

高輸入阻抗

低驅(qū)動(dòng)功率

可承受高電壓、大電流

因此在新能源汽車等需要大功率控制的場(chǎng)景中被廣泛采用。

能量卡：功率器件的集成形態(tài)

在逆變器中，IGBT 芯片與二極管芯片通常會(huì)被組合在一起，形成模塊化的結(jié)構(gòu)，這就是能量卡。

在該結(jié)構(gòu)中，能量卡以插片形狀安裝在積層冷卻器上。通過這種方式，可以在有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)緊湊布局，同時(shí)兼顧電氣連接與散熱需求。

【拓展理解】

RC-IGBT

近年來，將 IGBT 芯片與二極管芯片進(jìn)一步集成為一體的RC-IGBT（逆向?qū)ㄐ?IGBT）逐漸得到應(yīng)用。這種結(jié)構(gòu)帶來的變化包括：

模塊體積減小

導(dǎo)通損耗降低

同時(shí)，從熱管理設(shè)計(jì)角度看，RC-IGBT 有助于改善器件的熱阻表現(xiàn)，從而有助于提升逆變器運(yùn)行時(shí)的效率與穩(wěn)定性。

高頻開關(guān)之下，如何控制溫度？

在運(yùn)行過程中，IGBT 通過高頻脈沖進(jìn)行電流轉(zhuǎn)換，不可避免會(huì)產(chǎn)生熱量。為了抑制半導(dǎo)體元件溫度上升，需要配套有效的冷卻方式。

目前常見的做法是采用雙面積層冷卻。在這種結(jié)構(gòu)中，集成 IGBT 的能量卡被夾在積層冷卻器中間，通過從雙面同時(shí)冷卻散熱，不僅能夠提升冷卻效率，也為功率密度的提升提供了條件。

逆變器如何完成電能轉(zhuǎn)換？

三相逆變器通常至少由 6 個(gè) IGBT 構(gòu)成。通過這些器件的開與關(guān)，電流的方向和大小會(huì)被不斷改變，從而實(shí)現(xiàn)直流電與三相交流電之間的相互轉(zhuǎn)換。為了便于理解，我們分幾個(gè)階段來看。

01矩形波交流

通過4個(gè)IGBT的開關(guān)動(dòng)作改變電流方向，可以得到最基礎(chǔ)的交流波形——矩形波。

02正弦波交流

如果在矩形波的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高開關(guān)頻率，并調(diào)節(jié)每一次導(dǎo)通的時(shí)間，輸出波形就能夠接近正弦波。這種連續(xù)改變脈沖寬度的方法，被稱為 PWM（脈沖寬度調(diào)制）。

03正弦波三相交流

在正弦波交流轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，當(dāng) 6 個(gè) IGBT 協(xié)同工作時(shí)，就可以生成相位彼此相差 120° 的三相正弦波電流，用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

減速時(shí)，能量如何被回收？

當(dāng)車輛減速或制動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)而利用機(jī)械能進(jìn)行發(fā)電。

隨后，逆變器會(huì)將產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再為動(dòng)力電池進(jìn)行充電。這一過程，就是逆變器在能量回收工況下的工作方式。

寫在最后

通過本篇，我們進(jìn)一步了解了：

逆變器的電路構(gòu)成

功率器件的集成方式

散熱結(jié)構(gòu)的重要性

以及三相交流電的生成原理

這些能力共同支撐了車輛在各種行駛狀態(tài)下的穩(wěn)定運(yùn)行。