就功能和成本而言,，功率元件在逆變器中是最為重要的部件,。要想降低成本,，如何使用小型元件是重點(diǎn)所在,。

　　元件的小型化需要降低元件產(chǎn)生的損耗。如圖6所示,，對于理想開關(guān),，無論有多少電流經(jīng)過也不會產(chǎn)生損耗，而半導(dǎo)體開關(guān)一旦通入電流便會在通態(tài)電壓的作用下產(chǎn)生通態(tài)損耗,。

圖6：理想開關(guān)與半導(dǎo)體開關(guān)
半導(dǎo)體開關(guān)一旦通入電流即產(chǎn)生損耗,。

　　而且，在開/關(guān)時(shí)不會瞬間完成切換,，其產(chǎn)生的一段時(shí)間（開關(guān)時(shí)間）的延遲還會造成開關(guān)損耗,。由圖6可知，降低損耗有三個(gè)手段：①縮小電流,；②降低通態(tài)電壓,；③縮短開關(guān)時(shí)間,。下面來分別進(jìn)行說明,。

①縮小電流

　　縮小功率元件電流使用的是升壓電路。以普銳斯（Prius）為例，逆變器與主電池之間設(shè)置了升壓電路,，其作用是將電壓提升至650V并向逆變器供電（圖7）,。由于馬達(dá)的電流與電壓成反比，因此,，流經(jīng)功率元件的電流也能夠縮小,。繼續(xù)提高電壓雖然能進(jìn)一步縮小電流，但以絕緣為主的諸多問題會造成逆變器和馬達(dá)等部件體積增加,，因此,，這一程度的電壓對于車載用途較為適宜。
 

　　圖7：升壓電路的結(jié)構(gòu)
以“普銳斯”為例,。

　　這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于增加升壓電路的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于縮小電流能夠減少的成本,。

　　在升壓電路中，打開下方的IGBT,，電抗器開始儲存能量,，關(guān)閉IGBT后，電壓上升,。使其經(jīng)上方的二極管儲存于電容后,，升壓完成。再生時(shí),，驅(qū)動上方的IGBT與下方的二極管,，向主電池通入電流。

②降低通態(tài)電壓

　　通態(tài)電壓由開關(guān)元件的特性決定,，因此需要選擇最佳元件,。如圖8所示，當(dāng)要求耐壓為200V以下時(shí),，功率MOSFET（金屬氧化膜半導(dǎo)體電場效果型晶體管）比IGBT更佳,。但無論是哪種元件，耐壓越高,，通態(tài)電壓也會增高,，因此需要盡量選擇低耐壓元件。

③縮短開關(guān)時(shí)間

　　降低開關(guān)損耗只需縮短開關(guān)時(shí)間即可,。這可以借助柵電阻完成,，電阻越小，時(shí)間越短,。

　　但是,，鑒于電流變化率di/dt增加，浪涌電壓ΔV隨之增加,，這就需要提高元件耐壓,。如此一來,，好不容易縮小了開關(guān)損耗，通態(tài)損耗又會增加,。

圖8：IGBT與功率MOSFET的特性比較
芯片尺寸為5mm見方,。最佳元件由要求耐壓決定。

　　如圖9所示,，由于浪涌電壓由布線電感L產(chǎn)生,，因此，怎樣縮小電感是設(shè)計(jì)的重點(diǎn),。具體方式是盡可能把IGBT配置在電容附近,，縮短布線長度并加寬布線。因?yàn)榛ジ行?yīng)能夠降低L,，所以要采用使＋－布線（實(shí)際為母線）盡可能接近等方法,。

圖9：浪涌電壓的發(fā)生原理
浪涌電壓由布線電感產(chǎn)生。

　　功率元件的小型化除了能夠降低損耗外,，還能夠改善散熱性能,，降低溫度。圖10給出了功率元件的安裝結(jié)構(gòu)和散熱路徑,。冷卻一般為水冷方式,，容量較小的元件有時(shí)也采用空冷方式。元件的溫度上升ΔT是元件損耗P與熱電阻R（散熱性能的倒數(shù)）之積,，由于R縮小的倍數(shù)即為損耗允許增加的倍數(shù),，因此可以使用小型元件。

利用電容穩(wěn)定電流

　　如圖11所示,，電容的作用是穩(wěn)定主電池的電流,。如果沒有電容，由于IGBT做開/關(guān)動作,，電流會呈現(xiàn)脈沖狀變化,。當(dāng)電流關(guān)時(shí)，外部布線電感會產(chǎn)生過大的浪涌電壓,，瞬間擊穿IGBT,。

　　而使用電容可以平穩(wěn)縮小電流，抑制浪涌電壓,。另外,，當(dāng)電流呈現(xiàn)脈沖狀時(shí)，從主電池到逆變器的布線會發(fā)射出頻率成分復(fù)雜的噪音,，干擾廣播等無線信號,。穩(wěn)定電流對此也有抑制作用。

控制電路為雙系統(tǒng)構(gòu)成

圖10：功率元件的安裝結(jié)構(gòu)與散熱路徑
一般的水冷方式,。

圖11：電容的作用
電容的作用是穩(wěn)定主電池的電流,。

　　圖12：控制電路的結(jié)構(gòu)
由高壓系統(tǒng)與低壓系統(tǒng)雙系統(tǒng)構(gòu)成,。

　　控制電路為高壓系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)構(gòu)成，高壓系統(tǒng)由驅(qū)動IGBT的驅(qū)動電路和保護(hù)IGBT的保護(hù)電路組成（圖12）,。出于安全考慮,，低壓系統(tǒng)與高壓系統(tǒng)安全利用光耦合器和變壓器進(jìn)行了電絕緣,。MG·ECU通過向量控制形成驅(qū)動信號,。保護(hù)電路的作用通常是檢測IGBT的過電流、短路,、過熱,、驅(qū)動電壓的下降，在出現(xiàn)異常時(shí)斷開IGBT,。