電晶體｜評估篇
逆變電路中切換元件反向恢復特性的重要性 逆變電路的種類和通電方式
2024.02.28
重點
・逆變電路主要分為單相逆變電路和三相逆變電路兩類。
・馬達驅動採用可使轉矩穩定、且可抑制振動和雜訊的三相逆變器。
・做為用三相逆變器驅動馬達時的（通電）方式有方波驅動（120°通電）和正弦波驅動（三相調變、兩相調變），不同的方式各有優缺點。
・在本系列文章中，將以馬達驅動中常用的正弦波驅動（三相調變）方式為例進行講解。
本文進入本系列文章的第一個主題：“逆變電路的種類和通電方式”。
- ■逆變電路種類和通電方式
- ■三相調變逆變電路的基本工作
- ■透過雙脈衝測試比較PrestoMOS™與普通SJ MOSFET的損耗（實際測試結果）
- ■透過三相調變逆變電路比較PrestoMOS™與普通SJ MOSFET的效率（類比）
逆變電路的種類和通電方式
逆變電路主要分為單相逆變電路和三相逆變電路兩類。單相逆變電路的電路圖和輸出電流的示意波形分別如圖1和圖2所示。單相逆變電路可將直流電轉換為單相交流電，因此通常被用於功率穩壓器和不斷電供應系統（UPS）等普通家庭的商用電源應用。
接下來，三相逆變電路的電路圖和輸出電流的示意波形圖分別如圖3、圖4、圖5所示。圖4為正弦波驅動（180°通電）的電流波形，圖5為方波驅動（120°通電）的電流波形。三相逆變電路可將直流電轉換為三相交流電，因此通常被運用於空調壓縮機和電動車等馬達驅動應用。
在驅動馬達時，既可以使用單相逆變電路，也可以使用三相逆變電路。然而，單相逆變電路受結構因素的影響，存在輸出電流一定為零的時段（參見圖2），這會導致馬達的轉矩波動很大，馬達的振動和驅動雜訊變大。而三相逆變電路由於採用的是電流始終流過三相中的一相的控制方式（參見圖4和圖5），因而與單相逆變電路相比，其輸出電流的波動較小，馬達的轉矩穩定，振動和雜訊也比較小。也因為此，馬達驅動通常多採用三相逆變電路。
如表1所示，用三相逆變器驅動馬達時的通電方式有方波驅動（120°通電）和正弦波驅動（180°通電/三相調變、雙相調變）等不同的方式。
在圖5電流波形中的120°通電中，半波180°區間僅120°進行開關，因此與正弦波驅動相比，其開關損耗更低。但缺點是其相電流會接近方波狀，高次諧波會增加，馬達的效率會變差。
在圖4所示的正弦波驅動（180°通電）中，相電流接近基頻，可減少高次諧波，因而具有可提升馬達效率的優點。但是，由於在整個半波180°區間都進行開關，所以與方波驅動相比，其開關損耗較大。
表1. 各種通電（通電）方式及其特點
| 方波驅動 （120°通電） | 正弦波驅動 （三相調變） | 正弦波驅動 （雙相調變） | |
|---|---|---|---|
| 開關損耗 | 小 | 大 | 中 |
| 輸出AC高次諧波 | 大 | 小 | 小 |
| 馬達效率 | 低 | 高 | 高 |
| 控制 | 容易 | 稍難 | 很難 |
在本系列文章中，我們將以馬達驅動中常用的正弦波驅動（三相調變）方式為例進行講解。