逆變器PCB在與關鍵部件的緊密協作下，能夠發揮出卓越的性能。它們之間的和諧配合，就如同精心編排的交響樂，每一個部分都至關重要，共同創造出美妙的旋律。
將逆變器PCB及其組件比作一個永不停歇的都市，這個比喻再恰當不過。在這座城市中，每一條街道、每一座建筑、每一個交通信號，都代表著PCB上的不同功能區，它們夜以繼日地運轉，確保整個系統的穩定和高效。
在探索逆變器PCB的奧秘時，以下幾個主要部件是值得你特別關注和深入了解的：
電阻器 Resistors
- 電阻器負責在電流通過印刷電路板時，通過抵抗電流流動來散發熱量。
- 電阻器有不同的尺寸和類型，這些尺寸和類型基于不同的材料和電阻值。
電容器Capacitors
- 電容器負責儲存電能，并在電路需要更多電能時釋放它。
- 它在導電層之間通過介電或絕緣屏障收集相反的電荷。
- 你可以通過觀察介電或導體材料來對電容器進行分類，這會導致不同類型的電容變化。
電感器 Inductors
- 這是一個線性被動組件，當電流通過它們時，它們以磁場的形式儲存能量。
- 最簡單的電感器類型是線圈，隨著線圈數量的增加，其磁場也會增強。
電位器 Potentiometers
- 這是一種可變電阻器，有線性和旋轉兩種可變類型。
變壓器 Transformer
- 變壓器有助于將電力從PCB的一個電路轉移到另一個電路。
- 它將電流從PCB的一個電路轉移到另一個電路，并在轉移過程中降低或增加電壓。
二極管 Diodes
- 二極管允許電流在特定方向上通過它們一次。電流將從二極管的陰極流向陽極，單向流動。
晶體管 Transistors
- 晶體管是電子開關和放大器的一種類型，有雙極晶體管等不同類型。你可以根據逆變器PCB的應用將晶體管分為不同的類別。
集成電路 Integrated Circuits
- 這些是在半導體材料和晶片上縮小的電路和組件。
- 集成電路通常作為控制逆變器PCB幾乎所有應用的主要“大腦”。
晶體振蕩器 Crystal Oscillators
- 晶體振蕩器在需要穩定和精確元件的不同電路中充當主時鐘。
- 它們通過使壓電材料產生振蕩來產生周期性的電子信號。
繼電器和開關 Relays and Switches
- 開關是一種電源按鈕，你將用它來控制電流或功率通過逆變器的流動。
- 繼電器是一種電磁開關，你將使用螺線管來操作，當電流流過時，螺線管會暫時變成磁性。
傳感器 Sensors
- 傳感器有助于檢測環境條件的變化，然后響應環境變化產生變化。它有助于將不同物理現象中的能量轉換為電子能量。
將這些元器件按照有源和無源組件進行分類：
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類別 |
組件類型 |
描述 |
功能 |
特點 |
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有源組件 |
晶體管 |
用于放大、開關或信號調制的半導體器件 |
控制電流或電壓，放大信號 |
需要外部電源，可執行復雜功能 |
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有源組件 |
集成電路 |
包含多個晶體管和電路元件的半導體器件 |
執行特定的功能 |
集成度高，功能專一 |
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有源組件 |
放大器 |
增加信號的幅度 |
信號處理 |
有增益調節能力 |
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有源組件 |
二極管 |
允許電流單向流動 |
整流、穩壓 |
具有單向導電性 |
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有源組件 |
邏輯門 |
實現數字邏輯功能 |
邏輯運算 |
處理數字信號，實現基本邏輯功能 |
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無源組件 |
電容器 |
儲存和釋放電能 |
過濾電流，儲能 |
不需要外部電源，簡單穩定 |
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無源組件 |
電感器 |
儲存磁能 |
過濾和調節電流 |
對電流變化有感應作用 |
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無源組件 |
電阻器 |
限制電流的流動 |
消耗電能，分壓 |
簡單，成本低 |
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無源組件 |
變壓器 |
改變交流電壓的大小 |
電壓轉換 |
在交流電路中使用 |
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無源組件 |
電位器 |
用作可變電阻 |
調整電壓或電流 |
可調節，用于信號調制 |
在電子電路和功率轉換器中，有源組件和無源組件是構成電路的兩大基本元素，它們各自具有獨特的特性和功能：
有源組件（Active Components）:
有源組件是指那些在操作中需要外部電源或能量源的組件。它們能夠控制電流或電壓，甚至放大信號。有源組件通常包含半導體材料，并且可以在電路中執行復雜的功能。
無源組件（Passive Components）:
無源組件不需要外部電源來執行其功能。它們主要用于在電路中儲存能量、調節電流或電壓，以及過濾信號。無源組件僅利用通過它們的電流或電壓來工作。
需要說明的是：
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有源組件通常更加復雜，成本也更高，但它們能夠在電路中執行動態的、主動的功能。
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無源組件相對簡單，成本較低，它們在電路設計中用于支持有源組件，確保電路的穩定性和性能。
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在設計電路時，有源和無源組件的選型和配置需要根據電路的具體要求和預期性能來決定。
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有源組件和無源組件的協同工作是實現電路功能的基礎，無論是在簡單的電子設備還是在復雜的電力轉換系統中。
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在功率轉換器的設計中，有源組件負責控制和轉換功率，而無源組件則負責維持電路的穩定性和提高效率。兩者的結合使得復雜的電力管理成為可能，這對于現代電子設備和工業應用至關重要。
逆變器PCB的主要功能是通過將直流電轉換為交流電，從而產生不間斷的交流電流。在交流電源可用的情況下，逆變器PCB工作情況的描述。一旦逆變器PCB感應到交流電的存在，電流將流向電池充電部分。傳感器將激活一個繼電器，該繼電器會將交流主電源傳遞到輸出插座。 借助線路電壓的幫助，交流電將被逆變為直流電，負責為電池充電。它有傳感器可以判斷電池何時充滿電，這會觸發逆變器PCB停止充電。還有一些特定的逆變器PCB帶有涓流充電電路，這可以保持電池在滿充電容量。
2024年的電機控制器市場競爭格局表現為不斷增長的市場容量和潛力。根據華經產業研究院的報告，電機控制器作為新能源汽車中重要的零部件，其市場隨著新能源汽車行業的增長而迅速擴張。2022年，全球電機控制器市場規模達到1387.05億元人民幣，預計到2028年將增長至5558.47億元人民幣，呈現出顯著的增長趨勢。
在競爭方面，電機控制器市場可以分為三大類主要生產企業：整車制造廠、外資企業和國產企業。整車制造廠如比亞迪和特斯拉等，其電機控制器銷量與整車銷量密切相關，因此具有穩定的銷量保障。外資企業如日本電產、聯合電子和博格華納等，以其可靠性、高功率密度和強大的控制器算法實力著稱。而國產企業如匯川技術、上海電驅動和英博爾等，雖然在功率密度、芯片集成設計和熱管理設計等方面與國外企業存在差距，但正在通過加大研發力度來縮小這一差距，特別是在第三代寬禁帶功率半導體方面取得了顯著成果。
此外，電機控制器行業的未來發展趨勢包括硅基IGBT向碳化硅MOS的迭代，以及集成化產品的開發，旨在提高功率密度和冷卻性能，同時降低電驅動系統的成本。
作為電機控制器的核心組件，IGBT模塊約占總成本的45%。與基于硅的IGBT功率器件相比，SiC功率器件具有體積更小、重量更輕、功率密度更高、續航里程更長、控制器損耗更少、熱導率更好以及耐高溫等優勢。因此，以德爾福和比亞迪為代表的供應商已開始部署SiC電機控制器，預計未來將取代IGBT。
在未來，電機控制器行業將繼續追求技術創新和性能提升。硅基IGBT向碳化硅MOS的迭代，不僅能夠提高功率密度和冷卻性能，還有助于降低電驅動系統的成本。這將進一步推動新能源汽車行業的發展，提升電動汽車的性能和經濟效益。
對于SiC（碳化硅）電機控制器而言，充分利用SiC MOSFET器件的高溫耐受性、高效率和高頻特性是進一步提升功率密度和效率的關鍵。SiC MOSFET逆變器被應用于特斯拉Model 3，如圖b所示。
Model 3的SiC電機控制器由24個并聯的SiC MOSFET芯片組成，并安裝在銷釘式散熱器上，以實現高電流輸出（800Arms）。通過激光焊接工藝，每個SiC MOSFET都連接到銅母排上，這極大地提高了連接的可靠性。其他公司也為車輛應用推出了全SiC逆變器。據豐田發現，在負載條件下，原型車的SiC功率控制單元（PCU）的損耗比圖f中的IGBT PCU減少了30%。
電裝公司（Denso）采用了雙面焊接和雙面冷卻技術，以實現其SiC控制器的小尺寸和高效率，如圖a所示，該控制器被用于豐田的燃料電池車輛中。典型的全SiC控制器如圖所示。
精進電動（Jing-Jin Electric，簡稱JJE）為大眾商用車開發了SiC MOSFET控制器，其功率密度超過40 kW/L。2019年底，JJE為歐盟乘用車OEM開發了發夾式繞組電機和SiC控制器原型。2020年，JJE為TRATON集團（大眾商用車部門）開發了300-600kW系列的SiC MOSFET逆變器，如圖e所示。
如圖c所示的SiC逆變器也于2020年7月搭載在比亞迪EV-HAN上。
同時，集成化產品的開發也是電機控制器行業的重要趨勢。通過將多個功能集成到一個控制器中，可以減小體積、減輕重量，并提高系統的效率和可靠性。這將有助于降低制造成本，提高生產效率，同時為消費者提供更好的駕駛體驗。
電機控制器行業的未來發展趨勢將集中在技術創新、性能提升和成本降低上。這將進一步推動新能源汽車行業的發展，為消費者提供更高效、更經濟、更可靠的電動汽車,如下：
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特斯拉Model3逆變器：Model3搭載了一項創新技術—全碳化硅（SiC）逆變器。這一先進技術相較于傳統硅基逆變器，在效率、重量和熱管理方面均有顯著提升。特斯拉獨有的SiC逆變器技術不僅減少了功率損耗，還顯著提升了車輛的續航能力，使其在能效方面成為行業領導者。
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保時捷Taycan逆變器：作為首款采用800V系統的量產電動車，Taycan在動力傳動系統上展現了其卓越性能。Taycan Turbo S的前軸裝配了最大電流達600安培的脈沖控制逆變器，相較于Taycan Turbo的300安培逆變器，能夠輸出更高的功率和扭矩。這兩款脈沖控制逆變器的運行效率均接近98%，展現了極高的能效。
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奧迪e-Tron逆變器：奧迪e-Tron采用了“雙極性電池技術”逆變器，這一創新的電力轉換方法使得逆變器能夠高效處理高電壓范圍，實現最佳功率輸出，同時最大限度地減少能量損耗。e-Tron的逆變器不僅提升了車輛的續航能力，也體現了奧迪對推動可持續移動解決方案的堅定承諾。
逆變器技術進步：隨著電動汽車技術的持續進步，逆變器系統也在不斷經歷創新。當前的研發重點在于減輕逆變器重量、提升其工作效率以及改善熱管理性能。從傳統硅半導體向碳化硅（SiC）半導體的轉變正成為行業發展的新趨勢，得益于SiC材料的卓越電學特性。基于SiC的逆變器能夠在更高溫度下穩定運行，這不僅優化了熱性能，也提高了整個動力系統的綜合效率。這些技術的突破和創新，預示著電動汽車未來的發展前景將更加光明。
電機控制器（MCU）是電動汽車動力傳動系統的核心組件，其設計和實現涉及多個關鍵組件和復雜的控制邏輯。
以下是電機控制器的關鍵組件和功能的一個全面總結：
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關鍵組件：電機控制器的關鍵組件包括直流母排、逆變器結構、電磁干擾（EMI）抑制組件（如X電容和Y電容）、控制電路、驅動電路、散熱器、信號采集硬件、交流輸出銅排、旋變傳感器接口、電流傳感器集成等。這些組件共同確保了電機控制器的高效運作和系統的穩定性。
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基本原理圖：電機控制器的基本原理圖展示了其設計的基本組成部分，包括電源供應部分、傳感電路、電壓源逆變器（VSI）、CAN收發器和微控制器等。這些部分共同構成了電機控制器的硬件框架。
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矢量控制邏輯框圖：矢量控制邏輯框圖展示了電機控制器的軟件控制邏輯，涵蓋了直流電輸入管理、逆變器控制、控制電路、信號采集、矢量控制算法、電平轉換、散熱器控制、故障診斷、通信管理、用戶界面交互、自適應控制和固件更新等關鍵環節。這些環節共同確保了電機控制器的高效、精確和可靠的運行。
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硬件電路框圖：電機控制器硬件電路框圖從硬件電路角度展示了電機控制器的設計和實現，包括信號采集、控制電路、電平轉換、逆變器驅動、環路構成、CAN通訊模塊、低壓接口、電源模塊、電機與控制器的連接、電流傳感器集成和旋變傳感器等部分。這些硬件電路的協同工作確保了電機控制器的穩定性和安全性。
通過這些功能和組件的協同工作，電機控制器能夠實現對電動汽車電機的精確控制，同時確保系統的安全性和可靠性。這使得電機控制器成為現代電動汽車不可或缺的關鍵組件，對于提高電動汽車的性能和效率具有重要意義。
參 考：
1-新能源汽車電機控制器簡介_嗶哩嗶哩_bilibili
2-新能源汽車電驅動系統電機控制器基礎及制造 - 汽車電子 - 電子發燒友網 (elecfans.com)
3-DESIGN METHODOLOGY OF MOTOR CONTROL UNIT (MCU) - Sterling Gtake E-Mobility
4-China New Energy Vehicle Power Electronics Industry Report, 2021 - ResearchInChina
5-中國新能源汽車電機控制器行業市場調研報告（2024版） - 知乎 (zhihu.com)
6-2024年電機控制器行業產業鏈、競爭力、及細分調研報告_數據分析_貝哲斯咨詢-貝哲斯咨詢社區 (csdn.net)
7-2022年中國電機控制器（電控）行業現狀、競爭格局及趨勢分析，硅基IGBT向碳化硅MOS迭代「圖」_華經情報網_華經產業研究院 (huaon.com)
8-Expert and Professional Manufacturer of Inverter PCB (venture-mfg.com)
9-EV Powertrain Electrification and key components for drivetrain | Wolfspeed
轉自汽車電子與軟件
