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(duì)于理想開(kāi)關(guān)，無(wú)論有多少電流經(jīng)過(guò)也不會(huì)產(chǎn)生損耗，而半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)一旦通入電流便會(huì)在通態(tài)電壓的作用下產(chǎn)生通態(tài)損耗。

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

　　而且，在開(kāi)/關(guān)時(shí)不會(huì)瞬間完成切換，其產(chǎn)生的一段時(shí)間（開(kāi)關(guān)時(shí)間）的延遲還會(huì)造成開(kāi)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(kāi)關(guān)時(shí)間。下面來(lái)分別進(jìn)行說(shuō)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(wèn)題會(huì)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(duì)于車(chē)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(kāi)下方的IGBT，電抗器開(kāi)始儲(chǔ)存能量，關(guān)閉IGBT后，電壓上升。使其經(jīng)上方的二極管儲(chǔ)存于電容后，升壓完成。再生時(shí)，驅(qū)動(dòng)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(kāi)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(chǎng)效果型晶體管）比IGBT更佳。但無(wú)論是哪種元件，耐壓越高，通態(tài)電壓也會(huì)增高，因此需要盡量選擇低耐壓元件。

③縮短開(kāi)關(guān)時(shí)間

　　降低開(kāi)關(guān)損耗只需縮短開(kāi)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(lái)，好不容易縮小了開(kāi)關(guān)損耗，通態(tài)損耗又會(huì)增加。

圖8：IGBT與功率MOSFET的特性比較
芯片尺寸為5mm見(jiàn)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(zhǎng)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(méi)有電容，由于IGBT做開(kāi)/關(guān)動(dòng)作，電流會(huì)呈現(xiàn)脈沖狀變化。當(dāng)電流關(guān)時(shí)，外部布線電感會(huì)產(chǎn)生過(guò)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(huì)發(fā)射出頻率成分復(fù)雜的噪音，干擾廣播等無(wú)線信號(hào)。穩(wěn)定電流對(duì)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(dòng)IGBT的驅(qū)動(dòng)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(guò)向量控制形成驅(qū)動(dòng)信號(hào)。保護(hù)電路的作用通常是檢測(cè)IGBT的過(guò)電流、短路、過(guò)熱、驅(qū)動(dòng)電壓的下降，在出現(xiàn)異常時(shí)斷開(kāi)IGBT。