汽車電氣化使運輸行業(yè)發(fā)生了革命性變化，并給汽車和半導(dǎo)體行業(yè)帶來了技術(shù)進(jìn)步。包括混合動力電動汽車 (HEV) 和全電動汽車 (EV) 在內(nèi)的電氣化車輛包含各種電力電子系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)電網(wǎng)電力、管理電池存儲元件并最終驅(qū)動車輛。電機用于驅(qū)動車輛的車輪或充當(dāng)發(fā)電機，將機械能轉(zhuǎn)化為電能儲存在電池中。HEV 結(jié)合使用電動機和發(fā)電機（作為低功耗起動機和交流發(fā)電機，或完全驅(qū)動車輛），以及通常為車輛運動提供主要動力的內(nèi)燃機 (ICE)。另一方面，EV 利用電動機作為車輛運動的主要動力，以及實現(xiàn)再生。

主要的 HEV 架構(gòu)有串聯(lián)、并聯(lián)以及串并聯(lián)組合，如圖 2-1 所示。在串聯(lián)配置 (a) 中，ICE 通過電動機間接連接到變速器。電力電子三相驅(qū)動器通過發(fā)電機和電池從 ICE 獲取電力。在這種架構(gòu)中，ICE 針對一定的速度范圍進(jìn)行了優(yōu)化，從而實現(xiàn)了超小尺寸和更高的效率。就機械復(fù)雜性而言，這是非常簡單的 HEV 架構(gòu)，因為沒有機械能量耦合。

并聯(lián) HEV 配置 (b) 利用機械耦合的 ICE 和電動機組合。在這種架構(gòu)中，電力驅(qū)動主要用作低功耗起動機和交流發(fā)電機，因此功率較低。由于工作范圍較大，ICE 的效率較低，但電動機的尺寸超小，因為它不需要提供與 ICE 一樣多的功率。

串聯(lián)/并聯(lián)配置 (c) 結(jié)合了之前的兩種方法，以實現(xiàn)更高的效率。機械耦合由行星齒輪執(zhí)行，而 ICE 和電力驅(qū)動器結(jié)合了牽引力。在這種情況下，可以將電動機和 ICE 設(shè)計為在指定的輸出范圍內(nèi)運行，以提高它們的效率。

在每種情況下，三相逆變器都用于驅(qū)動電動機。逆變器設(shè)計因電源輸出要求而異，具體取決于架構(gòu)。逆變器的正確控制直接影響電機的效率和車輛的整體效率。

圖 2-1 HEV 架構(gòu)

另一方面，純電動汽車沒有 ICE，僅依靠電池的能量。圖 2-2 中顯示了一些不同的電動機配置。與 HEV 類似，每種架構(gòu)都會對逆變器產(chǎn)生不同的功率要求。電動機可以直接連接到輪轂（如配置 (a) 和 (b) 所示），也可以通過差速器連接到輪轂（如 (a) 和 (c) 所示）。直接輪內(nèi)驅(qū)動具有簡單性和高效率以及低維護(hù)成本的優(yōu)點，但由于低速要求，通常尺寸必須更大。差速器驅(qū)動可實現(xiàn)高功率密度，從而使電機能夠以高轉(zhuǎn)速運行，而差速器提供固定的傳動比。缺點是機械齒輪需要維護(hù)，并有傳動損失。

高電壓鋰離子電池通常用作能量存儲單元，以提供最大容量、最小重量和最高效率。與 HEV 和插電式 HEV 相比，若采用當(dāng)前技術(shù)（包括各種電池化學(xué)物質(zhì)和電力電子器件效率），EV 的續(xù)航里程仍然有限。高性能 EV 依賴于牽引逆變器的更高功率水平，更大限度縮減電子器件的尺寸以及基于檢測信號的復(fù)雜控制。

通過提高逆變器的效率和穩(wěn)健性，車輛的整體效率也會提高。柵極驅(qū)動器通過驅(qū)動逆變器中的每個開關(guān)管來發(fā)揮作用，并提供保護(hù)和監(jiān)測以降低失效的可能性。

圖 2-2 EV 架構(gòu)

EV 動力總成系統(tǒng)的關(guān)鍵塊包括電機、牽引逆變器驅(qū)動器、直流/直流轉(zhuǎn)換器、鋰離子電池、交流/直流并網(wǎng)車載充電器 (OBC) 和控制器（MCU 和 PMIC），如圖 2-3 所示。牽引逆變器系統(tǒng)以紅色突出顯示，在后續(xù)章節(jié)中進(jìn)行了詳細(xì)介紹。僅此系統(tǒng)就包含許多用于實現(xiàn)高安全級別的保護(hù)和監(jiān)控功能。

圖 2-3 EV 系統(tǒng)中的各個塊