上篇請戳這裡：唯電科普——什麼是IGBT?工作原理是什麼？（上篇）

上篇，我們了解到IGBT在電動汽車領域主要應用在電機控制器中，起到直流電轉化為交流電的作用。那麼它的工作原理是什麼呢？我想肯定會有好奇的小夥伴想知道答案。

其中這個問題對于理工科的小夥伴并不陌生。但是也要考慮平均的接受能力。我盡可能講的淺顯易懂（公式啥的通通砍掉），那麼這次我分幾個層次：什麼是直流電/交流電、為什麼電動汽車使用交流電機、IGBT典型工作狀态、電機控制器的基本工作原理。

一、什麼是直流電，什麼是交流電

直流電：直流電（Direct Current，簡稱DC）是電荷的單向流動或者移動。電流密度随着時間而變化，但是通常移動的方向在所有時間裡都是一樣的。它的極性永遠不會改變。比如：幹電池、可充電電池，它們都是提供的直流電。

電池上都有标注“ -”級，并且直流用電設備在正負極接反的情況下是無法正常工作的。直流電還分為恒定直流電和脈動直流電，恒定直流電是指電流方向和大小都不會改變；脈動直流電大小是變化，但方向依舊不會改變。

交流電：交流電流（Alternating Current，縮寫：AC）是指電流方向随時間作周期性變化的為交流電，在一個周期内的運行平均值為零。不同于直流電，它的方向是會随着時間發生改變的，并且直流電沒有周期性變化。

我們接觸最多的就是家裡用的220V市電，這是50Hz的正弦波交流電，50Hz是指1秒鐘周期變化50次。除了正弦波交流電，還有三角形波、正方形波交流電等。

下邊一副波形圖來總結一下：

課外作業：請思考一下，為什麼我們家庭使用的電視、電腦、手機等電器明明都是使用的直流電，而市電是交流電而不直接供應直流電呢？（答案請在頭條裡私信關鍵字“答案”獲得）

二、為什麼電動汽車使用交流電機。

講完了直流電和交流電，這下小夥伴都知道了吧，電動汽車上的電池提供的是直流電，但是電動汽車卻使用交流電機，這是不是多此一舉呢？

實際上交流電機比直流電機擁有更小的體積、更高的效率以及更可靠的結構，主要就是結構可靠。

下圖是直流電機工作原理圖：

這不就是我們小時候玩的四驅車馬達啊！一不小心又暴露了年齡。

下圖是交流電機在三相正弦波交流電下的工作原理圖：

可見直流電機繞組在旋轉時電刷和換向器之間是摩擦接觸的。所以即便交流電機成本高、控制難度大，電動汽車也義無反顧的選擇交流電機，主要原因就是因為交流電機免去了維護電刷的煩惱。

三、IGBT典型工作狀态。

上篇我們說到，IGBT是電壓驅動式功率半導體器件。現在就講它的典型工作狀态， 它在工作時隻有2個狀态，一是“導通”，二是“截止”。就好像是開關，就2狀态，要麼開要麼關。結合它的高輸入阻抗、開關速度快、耐壓高、導通壓降小、載流密度大等特點。把它接到高電壓、大電流的回路中，就可以用一個電壓很小的電信号控制整個電路快速地開關了。如圖所示：

四、電機控制器的工作原理。

電機控制器的基本原理如圖：

動力電池提供的是直流電，通過電機控制器的逆變得到三相交流電供應給交流電機。

電機控制器内部的數字處理系統發出方波信号使IGBT功率模塊依次導通。G1、G3、G5導通時通過正向電流，G2、G4、G6導通時通過負向電流，電流方向改變的即為交流電。

下面介紹一下SPWM調波、變頻的原理：三相交流電動機在給它固定頻率的電源時，電機就按照該頻率以固定的轉速旋轉。改變頻率即可改變電機的旋轉速度，我們經常聽說的變頻空調、變頻器和新能源車上的電機控制器都是這個變頻的原理。

剛才我們講到，數字處理系統是發出的方波信号，方波信号的幅度是一樣，但是寬度可以不一樣，這就是占空比的概念。這就可以利用等幅不等寬的方波等效成正弦波。如圖：

變頻：在電機控制器中G1、G3、G5導通是上幅波形；G2、G4、G6導通即時下幅波形。改變上、下導通的間隔時間即可實現變頻。

看完IGBT的工作原理，是不是會不由自主的發出感歎：人類的智慧真的太偉大了！

總結：

我國已經成為全球新能源産銷第一大國，車規級的IGBT不同于工業級，需要承受汽車的颠簸以及各種惡劣氣候環境。IGBT直接影響了電動汽車的性能和效率，掌握了核心技術才能打破國際巨頭的技術壟斷。

更多新能源汽車深度經驗分享請關注唯電新能源汽車社區頭條号

,

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!

查看全部