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香港晶揚課堂 | 換流器:電流嘅指揮家

喺無刷電機控制系統入面,如果你話MCU係「大腦」,咁「換流器」絕對係當之無愧嘅「心臟」或者「指揮家」。換流器通常由六個功率電晶體(多數係MOSFET或者IGBT)組成,佢哋排列成三個「橋臂」。佢嘅工作就係將電池提供嘅直流電(DC),轉換成驅動無刷電機所需嘅三相交流電(AC),令電機得以旋轉。

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你會問,直流電點解可以變成交流電?秘密就喺呢六個電晶體嘅開關動作度。MCU會發出高頻率嘅PWM(脈衝寬度調變)訊號,控制嗰六個電晶體喺幾微秒之內開同關。透過唔同組合嘅開關順序,例如開上面A、下面B,再開上面B、下面C等等,就可以模擬出三相電流嘅波形,令定子線圈產生旋轉磁場。呢個過程就好似指揮家揮動指揮棒,令電流好似音符咁流向正確嘅地方。

呢種切換嘅速度同精度,直接決定咗電機嘅性能。如果切換得唔夠快或者唔夠準,電流波形就會變形,導致電機運轉唔順滑,甚至會有噪音同震動。而且,呢六個電晶體喺切換嘅時候會因為阻抗而發熱,所以「換流器」嘅散熱設計都非常重要。通常我哋會見到電控模組上面有好大塊鋁散熱片,甚至係水冷系統,就係為咗幫佢降溫。

隨住碳化矽(SiC)或者氮化鎵(GaN)呢啲第三代半導體材料嘅應用,換流器嘅效率越嚟越高,體積卻越嚟越細。新一代嘅功率晶體可以承受更高嘅電壓同更頻繁嘅開關,意味住電機能跑得更快、更慳電。所以,每次你見到電動車加速或者無人機起飛,記得背後都有一個好嘥命嘅「換流器」喺度以極快嘅速度不停切換電流。

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