碳化硅器件如何组成逆变器？

碳化硅制成的逆变器是电动汽车的核心部件。下面，我将带你进一步了解碳化硅器件是如何组成逆变器的。

这一切，仍旧要回归逆变器的功能——将直流电（DC）转化为正弦交流电（AC）。如下图所示，左边为直流电，而右边为正弦交流电——随着时间的变化，电压增加再减少，最后低于零，再增加，不断重复。

那正弦交流电是怎么产生的呢？这个涉及到两步，第一步是产生方形交流电，第二步使得方形成为正弦型。

第一步：产生方形交流电。

其实一开始使用的交流电没有这么多的变化，波形如下图所示。这是最基本的交流电——产生正的电压，再产生负的电压，不断重复。

要实现方形交流电，由波形就可以看出，只要让流经电动机的电流一会是正向的，一会反向就行了。为了实现这样的效果，有这么一种四个开关的电路，如下图所示，AB两点接电动机。标准的名字呢，是全桥逆变电路。

这时候你就明白了，只需要控制开关不停的切换，就可以使得流过电动机的电流不断的从正到负变换了。这就是产生方波交流电的原理。每切换两次开关，就是一次交流电的周期。如果你一秒切换两次，那么输出的交流电的频率就是1Hz。

日常生活中的交流电的频率一般为50Hz（中国）或60Hz（美国），而无线电技术中涉及的交流电频率一般较大，达到kHz，甚至MHz的度量。这么高的切换速度，没有人可以做到，而这样的开关，所有的机械操作也做不到。

这时候，MOSFET登场了。MOSFET每秒可以开关数千次，而使用SiC制成的MOSFET更是可以承受kHz以上的频率，这就是所谓的高频器件。

这样，我们就完成了第一步，使用四个MOSFET制成的开关电路实现方形交流电的输出。但是，方波切换的不连续，会使得电动机的损耗大大增加，甚至产生破坏和噪音。接下来，就是将方形交流电转化为正弦交流电。

第二步：将方形交流电转化为正弦交流电

这里需要用到的技术叫做脉冲宽度调制——也就是改变切换开关的持续时间。一开始持续时间短，这样平均下来就小了。中间持续时间长些，就有最大值了。用相同的时间宽度去处理这些信号，那就慢慢从数字信号转化为模拟信号了。脉冲宽度调节的越小，得到的信号就越接近正弦波。

那么，如何控制开关的持续时间呢？这里引入了两个比较器。比较器的第一个作用是防止电路短路，也就是开关S1和S2是不会不会同时开通，开关S3和S4是不会不会同时开通；第二个作用是比较三角波交流电和正弦波交流电（这两个信号来源于其他电路），形成电动机的电压差，也就是控制MOSFET的开关。这些电路就是逻辑电路，同样可以使用SiC器件实现。

为了使得曲线更加平滑，还可以再接上电容和电感等储能元件，或者说滤波元件。电感用来平滑电流曲线，电容用来平滑电压曲线。这时候，就得到了正弦交流电。

这时候，使用的电源只有一个电压。如果引入更多的电压值，那可以得到更加精细的正弦波。这种技术叫做多重电压逆变技术，可以用在电动汽车、风力发电机等需要更加精细的交流电的场合。

频率控制电动车的速度，振幅控制电动车的动力，这样，逆变器的原理你就学会了。

举个逆变器的实例，是不是看得懂了呢？

文章由易车号作者提供