碳化硅制成的逆變器是電動汽車的核心部件。下面，我將帶你進一步了解碳化硅器件是如何組成逆變器的。

 

這一切，仍舊要回歸逆變器的功能——將直流電（DC）轉(zhuǎn)化為正弦交流電（AC）。如下圖所示，左邊為直流電，而右邊為正弦交流電——隨著時間的變化，電壓增加再減少，最后低于零，再增加，不斷重復(fù)。

那正弦交流電是怎么產(chǎn)生的呢？這個涉及到兩步，第一步是產(chǎn)生方形交流電，第二步使得方形成為正弦型。

 

第一步：產(chǎn)生方形交流電。

 

其實一開始使用的交流電沒有這么多的變化，波形如下圖所示。這是最基本的交流電——產(chǎn)生正的電壓，再產(chǎn)生負(fù)的電壓，不斷重復(fù)。

 

 

 

要實現(xiàn)方形交流電，由波形就可以看出，只要讓流經(jīng)電動機的電流一會是正向的，一會反向就行了。為了實現(xiàn)這樣的效果，有這么一種四個開關(guān)的電路，如下圖所示，AB 兩點接電動機。標(biāo)準(zhǔn)的名字呢，是全橋逆變電路。

 

 

 

這時候你就明白了，只需要控制開關(guān)不停的切換，就可以使得流過電動機的電流不斷的從正到負(fù)變換了。這就是產(chǎn)生方波交流電的原理。每切換兩次開關(guān)，就是一次交流電的周期。如果你一秒切換兩次，那么輸出的交流電的頻率就是 1Hz。

 

 

 

日常生活中的交流電的頻率一般為 50Hz（中國）或 60Hz（美國），而無線電技術(shù)中涉及的交流電頻率一般較大，達(dá)到 kHz，甚至 MHz 的度量。這么高的切換速度，沒有人可以做到，而這樣的開關(guān)，所有的機械操作也做不到。

 

這時候，MOSFET 登場了。MOSFET 每秒可以開關(guān)數(shù)千次，而使用 SiC 制成的 MOSFET 更是可以承受 kHz 以上的頻率，這就是所謂的高頻器件。

 

 

 

這樣，我們就完成了第一步，使用四個 MOSFET 制成的開關(guān)電路實現(xiàn)方形交流電的輸出。但是，方波切換的不連續(xù)，會使得電動機的損耗大大增加，甚至產(chǎn)生破壞和噪音。接下來，就是將方形交流電轉(zhuǎn)化為正弦交流電。

 

第二步：將方形交流電轉(zhuǎn)化為正弦交流電

 

這里需要用到的技術(shù)叫做脈沖寬度調(diào)制——也就是改變切換開關(guān)的持續(xù)時間。一開始持續(xù)時間短，這樣平均下來就小了。中間持續(xù)時間長些，就有最大值了。用相同的時間寬度去處理這些信號，那就慢慢從數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號了。脈沖寬度調(diào)節(jié)的越小，得到的信號就越接近正弦波。

 

 

 

那么，如何控制開關(guān)的持續(xù)時間呢？這里引入了兩個比較器。比較器的第一個作用是防止電路短路，也就是開關(guān) S1 和 S2 是不會不會同時開通，開關(guān) S3 和 S4 是不會不會同時開通；第二個作用是比較三角波交流電和正弦波交流電（這兩個信號來源于其他電路），形成電動機的電壓差，也就是控制 MOSFET 的開關(guān)。這些電路就是邏輯電路，同樣可以使用 SiC 器件實現(xiàn)。

 

 

 

為了使得曲線更加平滑，還可以再接上電容和電感等儲能元件，或者說濾波元件。電感用來平滑電流曲線，電容用來平滑電壓曲線。這時候，就得到了正弦交流電。

 

 

 

這時候，使用的電源只有一個電壓。如果引入更多的電壓值，那可以得到更加精細(xì)的正弦波。這種技術(shù)叫做多重電壓逆變技術(shù)，可以用在電動汽車、風(fēng)力發(fā)電機等需要更加精細(xì)的交流電的場合。

 

 

 

頻率控制電動車的速度，振幅控制電動車的動力，這樣，逆變器的原理你就學(xué)會了。

 

舉個逆變器的實例，是不是看得懂了呢？