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电动车逆变器的基础知识
2021-11-10 13:17:05· 来源：Astroys
一般来说，电动车使用三相电机，这需要复杂的电压波形进行电力推进。电池提供固定电压的直流电。因此，逆变器通过在加速时将直流转换为交流电，并在制动（再生）
一般来说，电动车使用三相电机，这需要复杂的电压波形进行电力推进。电池提供固定电压的直流电。因此，逆变器通过在加速时将直流转换为交流电，并在制动（再生）时将交流电转换为直流电，从而生成适合电机控制速度、驱动扭矩和功率的电压。
逆变器通常包含以下子组件：
IGBT电功率器件：作为响应驱动信号的开关设备来操作功率模块。IGBT在高电流和高速条件下运行，以满足车辆的高性能要求。目前，在高电压架构的车型中，有逐渐从IGBT切换到SiC的趋势。
高压直流线路电容器：用于过滤波形，通过减少电机纹波电流来提高其质量。
主电路母线：母线是导电线路，更轻松、更灵活地在组件之间分配电力。
功率模块驱动电路板：由IGBT的输入操作，以相应地改变功率。
电机控制电路板：执行电机对各种车辆操作（如停止启动和加速/减速）所需的矢量控制操作。
直流和大电流交流连接器：用作逆变器前后连接的组件的入口和出口。
散热片：在逆变器运行期间，通过散热来降低更高的温度，以改善高性能的条件。使用双液冷却等更好的技术，散热片的冷却性能不断提高。
这些逆变器的性能要求是：体积小（重要的是要确保系统可以安装在车辆上）；提高能效，扩大电动车的续航里程；高输出，提供合适的加速性能；在车辆内的恶劣环境中工作的可靠性。
逆变器架构主要有两种类型。第一种是单独包装的盒式逆变器。它通常被许多OEM和Tier1使用。它们具有易于组装和模块化的优点。第二种是集成逆变器设计，这是传动系统的一部分。电机、变速器和逆变器被封装到同一个外壳中（比如Tesla）。
决定逆变器性能的关键因素之一是用于开关技术的半导体类型。目前，四种不同类型的半导体开关技术正用于电动车的逆变器。包括硅基的设备，如MOSFET和IGBT，以及基于宽带间隙材料（SiC或GaN）的开关器件。
电动车目前主要使用硅基逆变器，但随着电动化水平的提高，转向基于SiC晶体管的逆变器，主要用于650V以上的系统。这是因为与基于SiC和GaN的WBG设备相比，Si MOSFET和IGBT的效率和性能较低。SiC提供更高的电场击穿能力、更好的导热性、更高的温度操作能力和更高的开关频率，这是由于较宽的电子带隙，从而比硅基半导体器件的损耗更低。SiC材料还可以最大限度地减少开关损耗。
GaN具有相似的性质，但其带隙（3.4电子伏特）高于SiC（3电子伏特）。GaN的固有特性具有更快的开关能力，进一步提高了逆变器的性能。在某些电压架构下，GaN的效率甚至高于SiC。
GaN在车辆逆变器中仍然是相对较新的技术。然而，它具有使用硅衬底的优势，因此成本要低得多。这些半导体的功率密度较高，使逆变器更小、更轻。
尽管如此，SiC和GaN与基于Si的逆变器之间的制造成本差异仍然是这些新技术普及的障碍。更高的成本并不能证明SiC在低压系统中提供的优势是合理的。SiC需要复杂的制造流程，他们还需要定制的封装和栅极驱动，以优化效率，进一步增加了成本。
逆变器通常包含以下子组件：
IGBT电功率器件：作为响应驱动信号的开关设备来操作功率模块。IGBT在高电流和高速条件下运行，以满足车辆的高性能要求。目前，在高电压架构的车型中，有逐渐从IGBT切换到SiC的趋势。
高压直流线路电容器：用于过滤波形，通过减少电机纹波电流来提高其质量。
主电路母线：母线是导电线路，更轻松、更灵活地在组件之间分配电力。
功率模块驱动电路板：由IGBT的输入操作，以相应地改变功率。
电机控制电路板：执行电机对各种车辆操作（如停止启动和加速/减速）所需的矢量控制操作。
直流和大电流交流连接器：用作逆变器前后连接的组件的入口和出口。
散热片：在逆变器运行期间，通过散热来降低更高的温度，以改善高性能的条件。使用双液冷却等更好的技术，散热片的冷却性能不断提高。
这些逆变器的性能要求是：体积小（重要的是要确保系统可以安装在车辆上）；提高能效，扩大电动车的续航里程；高输出，提供合适的加速性能；在车辆内的恶劣环境中工作的可靠性。
逆变器架构主要有两种类型。第一种是单独包装的盒式逆变器。它通常被许多OEM和Tier1使用。它们具有易于组装和模块化的优点。第二种是集成逆变器设计，这是传动系统的一部分。电机、变速器和逆变器被封装到同一个外壳中（比如Tesla）。
决定逆变器性能的关键因素之一是用于开关技术的半导体类型。目前，四种不同类型的半导体开关技术正用于电动车的逆变器。包括硅基的设备，如MOSFET和IGBT，以及基于宽带间隙材料（SiC或GaN）的开关器件。
电动车目前主要使用硅基逆变器，但随着电动化水平的提高，转向基于SiC晶体管的逆变器，主要用于650V以上的系统。这是因为与基于SiC和GaN的WBG设备相比，Si MOSFET和IGBT的效率和性能较低。SiC提供更高的电场击穿能力、更好的导热性、更高的温度操作能力和更高的开关频率，这是由于较宽的电子带隙，从而比硅基半导体器件的损耗更低。SiC材料还可以最大限度地减少开关损耗。
GaN具有相似的性质，但其带隙（3.4电子伏特）高于SiC（3电子伏特）。GaN的固有特性具有更快的开关能力，进一步提高了逆变器的性能。在某些电压架构下，GaN的效率甚至高于SiC。
GaN在车辆逆变器中仍然是相对较新的技术。然而，它具有使用硅衬底的优势，因此成本要低得多。这些半导体的功率密度较高，使逆变器更小、更轻。
尽管如此，SiC和GaN与基于Si的逆变器之间的制造成本差异仍然是这些新技术普及的障碍。更高的成本并不能证明SiC在低压系统中提供的优势是合理的。SiC需要复杂的制造流程，他们还需要定制的封装和栅极驱动，以优化效率，进一步增加了成本。
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