上篇，我們了解到IGBT在電動(dòng)汽車領(lǐng)域主要應(yīng)用在電機(jī)控制器中，起到直流電轉(zhuǎn)化為交流電的作用。那么它的工作原理是什么呢？我想肯定會(huì)有好奇的小伙伴想知道答案。

其中這個(gè)問(wèn)題對(duì)于理工科的小伙伴并不陌生。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），那么這次我分幾個(gè)層次：什么是直流電/交流電、為什么電動(dòng)汽車使用交流電機(jī)、IGBT典型工作狀態(tài)、電機(jī)控制器的基本工作原理。

一、什么是直流電，什么是交流電

直流電：直流電（Direct Current，簡(jiǎn)稱DC）是電荷的單向流動(dòng)或者移動(dòng)。電流密度隨著時(shí)間而變化，但是通常移動(dòng)的方向在所有時(shí)間里都是一樣的。它的極性永遠(yuǎn)不會(huì)改變。比如：干電池、可充電電池，它們都是提供的直流電。

電池上都有標(biāo)注“ -”級(jí)，并且直流用電設(shè)備在正負(fù)極接反的情況下是無(wú)法正常工作的。直流電還分為恒定直流電和脈動(dòng)直流電，恒定直流電是指電流方向和大小都不會(huì)改變；脈動(dòng)直流電大小是變化，但方向依舊不會(huì)改變。

交流電：交流電流（Alternating Current，縮寫：AC）是指電流方向隨時(shí)間作周期性變化的為交流電，在一個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)行平均值為零。不同于直流電，它的方向是會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生改變的，并且直流電沒(méi)有周期性變化。

我們接觸最多的就是家里用的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(lái)總結(jié)一下：

課外作業(yè)：請(qǐng)思考一下，為什么我們家庭使用的電視、電腦、手機(jī)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(yīng)直流電呢？（答案請(qǐng)?jiān)陬^條里私信關(guān)鍵字“答案”獲得）

二、為什么電動(dòng)汽車使用交流電機(jī)。

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

實(shí)際上交流電機(jī)比直流電機(jī)擁有更小的體積、更高的效率以及更可靠的結(jié)構(gòu)，主要就是結(jié)構(gòu)可靠。

下圖是直流電機(jī)工作原理圖：

這不就是我們小時(shí)候玩的四驅(qū)車馬達(dá)啊！一不小心又暴露了年齡。

下圖是交流電機(jī)在三相正弦波交流電下的工作原理圖：

可見(jiàn)直流電機(jī)繞組在旋轉(zhuǎn)時(shí)電刷和換向器之間是摩擦接觸的。所以即便交流電機(jī)成本高、控制難度大，電動(dòng)汽車也義無(wú)反顧的選擇交流電機(jī)，主要原因就是因?yàn)榻涣麟姍C(jī)免去了維護(hù)電刷的煩惱。

三、IGBT典型工作狀態(tài)。

上篇我們說(shuō)到，IGBT是電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件?，F(xiàn)在就講它的典型工作狀態(tài)， 它在工作時(shí)只有2個(gè)狀態(tài)，一是“導(dǎo)通”，二是“截止”。就好像是開(kāi)關(guān)，就2狀態(tài)，要么開(kāi)要么關(guān)。結(jié)合它的高輸入阻抗、開(kāi)關(guān)速度快、耐壓高、導(dǎo)通壓降小、載流密度大等特點(diǎn)。把它接到高電壓、大電流的回路中，就可以用一個(gè)電壓很小的電信號(hào)控制整個(gè)電路快速地開(kāi)關(guān)了。如圖所示：

四、電機(jī)控制器的工作原理。

電機(jī)控制器的基本原理如圖：

動(dòng)力電池提供的是直流電，通過(guò)電機(jī)控制器的逆變得到三相交流電供應(yīng)給交流電機(jī)。

電機(jī)控制器內(nèi)部的數(shù)字處理系統(tǒng)發(fā)出方波信號(hào)使IGBT功率模塊依次導(dǎo)通。G1、G3、G5導(dǎo)通時(shí)通過(guò)正向電流，G2、G4、G6導(dǎo)通時(shí)通過(guò)負(fù)向電流，電流方向改變的即為交流電。

下面介紹一下SPWM調(diào)波、變頻的原理：三相交流電動(dòng)機(jī)在給它固定頻率的電源時(shí)，電機(jī)就按照該頻率以固定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。改變頻率即可改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，我們經(jīng)常聽(tīng)說(shuō)的變頻空調(diào)、變頻器和新能源車上的電機(jī)控制器都是這個(gè)變頻的原理。

剛才我們講到，數(shù)字處理系統(tǒng)是發(fā)出的方波信號(hào)，方波信號(hào)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(jī)控制器中G1、G3、G5導(dǎo)通是上幅波形；G2、G4、G6導(dǎo)通即時(shí)下幅波形。改變上、下導(dǎo)通的間隔時(shí)間即可實(shí)現(xiàn)變頻。

看完IGBT的工作原理，是不是會(huì)不由自主的發(fā)出感嘆：人類的智慧真的太偉大了！

總結(jié)：

我國(guó)已經(jīng)成為全球新能源產(chǎn)銷第一大國(guó)，車規(guī)級(jí)的IGBT不同于工業(yè)級(jí)，需要承受汽車的顛簸以及各種惡劣氣候環(huán)境。IGBT直接影響了電動(dòng)汽車的性能和效率，掌握了核心技術(shù)才能打破國(guó)際巨頭的技術(shù)壟斷。