上篇请戳这里：唯电科普——什么是IGBT?工作原理是什么？（上篇）

上篇，我们了解到IGBT在电动汽车领域主要应用在电机控制器中，起到直流电转化为交流电的作用。那么它的工作原理是什么呢？我想肯定会有好奇的小伙伴想知道答案。

其中这个问题对于理工科的小伙伴并不陌生。但是也要考虑平均的接受能力。我尽可能讲的浅显易懂（公式啥的通通砍掉），那么这次我分几个层次：什么是直流电/交流电、为什么电动汽车使用交流电机、IGBT典型工作状态、电机控制器的基本工作原理。

一、什么是直流电，什么是交流电

直流电：直流电（Direct Current，简称DC）是电荷的单向流动或者移动。电流密度随着时间而变化，但是通常移动的方向在所有时间里都是一样的。它的极性永远不会改变。比如：干电池、可充电电池，它们都是提供的直流电。

电池上都有标注“+ -”级，并且直流用电设备在正负极接反的情况下是无法正常工作的。直流电还分为恒定直流电和脉动直流电，恒定直流电是指电流方向和大小都不会改变；脉动直流电大小是变化，但方向依旧不会改变。

交流电：交流电流（Alternating Current，缩写：AC）是指电流方向随时间作周期性变化的为交流电，在一个周期内的运行平均值为零。不同于直流电，它的方向是会随着时间发生改变的，并且直流电没有周期性变化。

我们接触最多的就是家里用的220V市电，这是50Hz的正弦波交流电，50Hz是指1秒钟周期变化50次。除了正弦波交流电，还有三角形波、正方形波交流电等。

下边一副波形图来总结一下：

课外作业：请思考一下，为什么我们家庭使用的电视、电脑、手机等电器明明都是使用的直流电，而市电是交流电而不直接供应直流电呢？（答案请在头条里私信关键字“答案”获得）

二、为什么电动汽车使用交流电机。

讲完了直流电和交流电，这下小伙伴都知道了吧，电动汽车上的电池提供的是直流电，但是电动汽车却使用交流电机，这是不是多此一举呢？

实际上交流电机比直流电机拥有更小的体积、更高的效率以及更可靠的结构，主要就是结构可靠。

下图是直流电机工作原理图：

这不就是我们小时候玩的四驱车马达啊！一不小心又暴露了年龄。

下图是交流电机在三相正弦波交流电下的工作原理图：

可见直流电机绕组在旋转时电刷和换向器之间是摩擦接触的。所以即便交流电机成本高、控制难度大，电动汽车也义无反顾的选择交流电机，主要原因就是因为交流电机免去了维护电刷的烦恼。

三、IGBT典型工作状态。

上篇我们说到，IGBT是电压驱动式功率半导体器件。现在就讲它的典型工作状态， 它在工作时只有2个状态，一是“导通”，二是“截止”。就好像是开关，就2状态，要么开要么关。结合它的高输入阻抗、开关速度快、耐压高、导通压降小、载流密度大等特点。把它接到高电压、大电流的回路中，就可以用一个电压很小的电信号控制整个电路快速地开关了。如图所示：

四、电机控制器的工作原理。

电机控制器的基本原理如图：

动力电池提供的是直流电，通过电机控制器的逆变得到三相交流电供应给交流电机。

电机控制器内部的数字处理系统发出方波信号使IGBT功率模块依次导通。G1、G3、G5导通时通过正向电流，G2、G4、G6导通时通过负向电流，电流方向改变的即为交流电。

下面介绍一下SPWM调波、变频的原理：三相交流电动机在给它固定频率的电源时，电机就按照该频率以固定的转速旋转。改变频率即可改变电机的旋转速度，我们经常听说的变频空调、变频器和新能源车上的电机控制器都是这个变频的原理。

刚才我们讲到，数字处理系统是发出的方波信号，方波信号的幅度是一样，但是宽度可以不一样，这就是占空比的概念。这就可以利用等幅不等宽的方波等效成正弦波。如图：

变频：在电机控制器中G1、G3、G5导通是上幅波形；G2、G4、G6导通即时下幅波形。改变上、下导通的间隔时间即可实现变频。

看完IGBT的工作原理，是不是会不由自主的发出感叹：人类的智慧真的太伟大了！

总结：

我国已经成为全球新能源产销第一大国，车规级的IGBT不同于工业级，需要承受汽车的颠簸以及各种恶劣气候环境。IGBT直接影响了电动汽车的性能和效率，掌握了核心技术才能打破国际巨头的技术垄断。

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