1、新能源汽車電力電子技術(shù)任務(wù)1 超級(jí)電容原理與應(yīng)用建議課時(shí)：2學(xué)時(shí)知識(shí)目標(biāo)（1）能夠描述電容的作用；（2）知道電容與超級(jí)電容的不同點(diǎn)；（3）能理解超級(jí)電容的基本結(jié)構(gòu)與工作原理；（4）能使用示波器測量超級(jí)電容充放電的波形，分析出其工作特性；（5）正確規(guī)范的使用實(shí)訓(xùn)板，養(yǎng)成良好的新能源汽車維修職業(yè)素養(yǎng)。教學(xué)目標(biāo)學(xué)習(xí)目錄 任務(wù)導(dǎo)入近幾年來超級(jí)電容是發(fā)展比較迅速的一種新型儲(chǔ)能裝置，廣泛應(yīng)用在新能源汽車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)中。新能源汽車在制動(dòng)或減速的過程中，通過電機(jī)將汽車動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，并儲(chǔ)存在超級(jí)電容內(nèi)。汽車重新起步或加速時(shí)，超級(jí)電容和動(dòng)力電池同時(shí)對電機(jī)供電。本實(shí)訓(xùn)通過搭建電路，認(rèn)識(shí)超級(jí)電容特性充放電過程，

2、學(xué)習(xí)超級(jí)電容的原理以及其特性，并通過規(guī)范的操作，養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)。 知識(shí)鏈接1：電容的認(rèn)知知識(shí)準(zhǔn)備電容也是電容器的俗稱，是電子電力領(lǐng)域中不可缺少的電子元件，主要用于電源濾波、信號(hào)濾波、信號(hào)耦合、諧振、隔直流等電路中。最常見的結(jié)構(gòu)就是兩塊平行金屬板，如圖2-1-1所示，兩塊金屬板（一般被稱之為極板）之間不導(dǎo)通，極板之間的絕緣材料可以是空氣、油等絕緣物。同時(shí)，電容也是表征電容器儲(chǔ)存電荷能力的物理量，一般記為C，國際單位是法拉（F）。如果一個(gè)電容器儲(chǔ)存1庫倫的電荷量時(shí)，兩極板間的電勢差是1伏，則這個(gè)電容大小1法拉，即：C=Q/U。但電容的大小不是由Q（帶電量）或U（電壓）決定的，電容的大小與電容器

3、極板的面積S、極板間距d和極板間的絕緣介質(zhì)有關(guān)。一般來說，極板面積越大，極板間距越小和極板間介質(zhì)絕緣性越好，則電容越大。常見的平行板電容器,電容的計(jì)算公式為C=S/d。（為極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為極板面積，d為極板間的距離）知識(shí)準(zhǔn)備圖2-1-1 電容的結(jié)構(gòu)知識(shí)鏈接2：電容的充放電過程 知識(shí)準(zhǔn)備充電過程：電容與直流電源相接，如圖2-1-2所示。電路中有電流流動(dòng)，兩塊極板分別獲得數(shù)量相等、正負(fù)相反的電荷量。電容正在充電過程中，其兩端的電壓Uc逐漸增大。一旦電容兩端電壓Uc與電源電壓U相等，充電完成，此時(shí)電路中的電流停止流動(dòng)，電路可視為為開路。圖2-1-2 電容充電電路放電過程：電容與電源斷開，并

4、連接到電阻，電容通過電阻Rd進(jìn)行放電，兩塊板之間的電壓將會(huì)逐漸下降為零，Uc = 0，如圖2-1-3。知識(shí)準(zhǔn)備 圖2-1-3電容放電電路在圖2-1-2和圖2-1-3中，RC和RD的電阻值分別影響電容的充電和放電速度，原理是電阻控制了充放電電流的大小。其中，電阻值R和電容值C的乘積被稱為時(shí)間常數(shù)，這個(gè)常數(shù)描述電容的充電和放電速度。電容值或電阻值越小，時(shí)間常數(shù)也越小，電容的充電和放電速度就越快，反之亦然。如圖2-1-4所示是電容充放電的曲線圖。知識(shí)準(zhǔn)備 圖2-1-4 電容充放電曲線圖知識(shí)鏈接3：超級(jí)電容的結(jié)構(gòu)原理知識(shí)準(zhǔn)備超級(jí)電容器是指介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的一種新型儲(chǔ)能裝置，通過極化電解質(zhì)來

5、儲(chǔ)能，允許大電流快速充放電。超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)如圖2-1-5所示，是由高比表面積的多孔電極材料、集流體、多孔性電池隔膜及電解液組成。當(dāng)超級(jí)電容器接通電源后，在電場力的作用下，吸引電解液中的陰離子向正極聚集，同時(shí)正極電解液中的陽離子向負(fù)極聚集，各自在正負(fù)極板上形成間隔非常小的離子層。放電時(shí)，正負(fù)離子離開固體電極的表面，返回電解液本體。 圖2-1-5 超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)原理知識(shí)鏈接4： 超級(jí)電容與一般電容的區(qū)別知識(shí)準(zhǔn)備電容器是一種儲(chǔ)存電荷的“容器”，需要在外加電壓的作用下才能儲(chǔ)存電荷。不同的電容器在相同大小的電壓作用下，儲(chǔ)存的電荷量也可能不相同。超級(jí)電容器的電容大，儲(chǔ)存電荷量的能力大，都以法拉（F）為單

6、位。其次，超級(jí)電容器的充電速度快，充電10秒10分鐘可達(dá)到其額定容量的95%以上。循環(huán)使用壽命長，深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達(dá)數(shù)萬次，沒有“記憶效應(yīng)”。大電流放電能力超強(qiáng)，能量轉(zhuǎn)換效率高，過程損失小，大電流能量循環(huán)效率90%。知識(shí)鏈接5：超級(jí)電容在新能源汽車上的應(yīng)用知識(shí)準(zhǔn)備超級(jí)電容充電快、耐充電、能量轉(zhuǎn)換效率高，同時(shí)存在高自放電的特性，完全可以作為新能源汽車的儲(chǔ)能裝置。其中最為豐碩的領(lǐng)域當(dāng)屬新能源客車，宇通、金龍、金旅、海格、中車等知名企業(yè)紛紛將超級(jí)電容成功應(yīng)用于新能源客車。在新能源客車領(lǐng)域，超級(jí)電容器最為廣泛的應(yīng)用是城市混合動(dòng)力客車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)。由超級(jí)電容器模塊組成的制動(dòng)能量回收系統(tǒng)能夠吸

7、收并存儲(chǔ)車輛在制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的全部動(dòng)能，當(dāng)客車啟動(dòng)或加速時(shí)將這些能量釋放出來，從而使車輛節(jié)省油耗，減少排放。超級(jí)電容器同樣存在一些缺點(diǎn)：一是安全性，過快的放電速度和過低的內(nèi)阻，如果設(shè)計(jì)不好的話，本身就蘊(yùn)含著“能量突然大爆發(fā)”所隱藏的風(fēng)險(xiǎn)；二是較低的工作電壓，制約了它在驅(qū)動(dòng)汽車上的應(yīng)用。隨著技術(shù)的進(jìn)步，這些問題都可以解決。圖2-1-6 超級(jí)電容在新能源汽車上應(yīng)用新能源汽車電力電子技術(shù)任務(wù)2 線圈基本原理與應(yīng)用建議課時(shí)：2學(xué)時(shí)知識(shí)目標(biāo)（1）知道什么是線圈；（2）能理解電生磁與磁生電的基本原理；（3）能理解變壓器的組成和變壓器的工作原理；（4）能夠通過實(shí)訓(xùn)使用電壓表測量無線充電系統(tǒng)，做出正確的分析；（5

8、）正確規(guī)范的使用實(shí)訓(xùn)板，養(yǎng)成良好的新能源汽車維修職業(yè)素養(yǎng)。教學(xué)目標(biāo)學(xué)習(xí)目錄內(nèi)容結(jié)構(gòu) 任務(wù)導(dǎo)入對于新能源汽車而言，傳統(tǒng)的充電方式是使用車載充電機(jī)，利用線圈組把220V交流電升壓成高壓電后對電池充電。隨著新能源汽車的推廣，汽車無線充電也逐漸引起了大眾的關(guān)注，無線充電主要是利用了線圈的電磁感應(yīng)。本實(shí)訓(xùn)通過搭建電路，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證線圈的工作特性，學(xué)習(xí)變壓和無線充電的原理，并通過規(guī)范的操作，養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)。知識(shí)鏈接1：線圈的認(rèn)知知識(shí)準(zhǔn)備線圈是指導(dǎo)線一圈一圈繞起來，導(dǎo)線彼此互相絕緣，一般繞制在陶瓷體上或者鐵芯上，如圖2-2-1所示，可應(yīng)用于電磁鐵、變壓器、電機(jī)等。圖2-2-1 線圈實(shí)物 知識(shí)鏈接2：磁生電的

9、現(xiàn)象 知識(shí)準(zhǔn)備閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)現(xiàn)象，如圖2-2-2所示。 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)是閉合電路中磁通量的變化，而閉合電路中由電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流。圖2-2-2 磁生電現(xiàn)象知識(shí)鏈接3：電生磁的現(xiàn)象知識(shí)準(zhǔn)備 1820年丹麥物理學(xué)家奧斯特終于用實(shí)驗(yàn)證實(shí)通電導(dǎo)體的周圍存在著磁場。電生磁就是用一條直的金屬導(dǎo)線通過電流，那么在導(dǎo)線周圍的空間將產(chǎn)生圓形磁場，如圖2-2-3所示。導(dǎo)線中流過的電流越大，產(chǎn)生的磁場越強(qiáng)。磁場呈圓形，圍繞導(dǎo)線周圍。同樣，線圈通電后可以產(chǎn)生磁場，當(dāng)在通電螺線管內(nèi)部插入鐵芯后，磁感線集中在鐵心附近，從而使螺線

10、管的磁性大大增強(qiáng)。另外，電磁鐵的鐵芯一般是用軟鐵制做。變壓器內(nèi)部的初級(jí)線圈與次級(jí)線圈通過鐵芯傳遞能量，可以有效減低能量的損失。 圖2-2-3 線圈通電產(chǎn)生磁場知識(shí)鏈接4： 變壓器的基本結(jié)構(gòu)知識(shí)準(zhǔn)備變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置。變壓器主要由鐵芯和線圈組成，線圈有兩個(gè)繞組，其中連接在電源的繞組叫初級(jí)線圈，另一個(gè)連接負(fù)載的繞組叫次級(jí)線圈。最簡單的變壓器由一個(gè)鐵心以及套在鐵心上的兩個(gè)匝數(shù)不相等的線圈構(gòu)成，如圖2-2-4所示。2-2-4 變壓器圖結(jié)構(gòu)及電路符號(hào)知識(shí)鏈接5：變壓器工作的原理知識(shí)準(zhǔn)備變壓器主要應(yīng)用了電磁感應(yīng)的原理，可以將交流電轉(zhuǎn)換成頻率相同但電壓幅度大小不同的交流電。具體工

11、作過程是：當(dāng)變壓器初級(jí)線圈施加交流電壓，電流流過初級(jí)繞組，則該電流在鐵芯中會(huì)產(chǎn)生不斷變化的磁場。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，次級(jí)線圈會(huì)在此變化的磁場中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，繞組匝數(shù)多的一側(cè)電壓高，繞組匝數(shù)少的一側(cè)電壓低，如圖2-2-5所示。簡而言之，如果初級(jí)線圈的繞組匝數(shù)比次級(jí)線圈的繞組匝數(shù)多，則為降壓作用的變壓器。反過來，如果次級(jí)線圈的繞組匝數(shù)比初級(jí)線圈的繞組匝數(shù)多，則為升壓作用的變壓器。 圖2-2-5 變壓器工作原理知識(shí)鏈接6：變壓器發(fā)熱的主要原因知識(shí)準(zhǔn)備變壓器工作時(shí)，鐵芯中存在時(shí)刻變化的磁場，由于鐵芯是鐵磁材料，會(huì)產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗（如圖2-2-6所示），也就是變壓器的空載損耗。同時(shí)，線圈中流過電流

12、，由于線圈是銅或鋁材料，存在電阻，也產(chǎn)生電阻損耗，這就是變壓器的負(fù)載損耗。空載損耗和負(fù)載損耗都以熱量的形式出現(xiàn)，因此，變壓器的線圈和鐵芯都會(huì)發(fā)熱。 圖2-2-6 變壓器鐵芯的渦流損耗知識(shí)鏈接7：新能源汽車無線充電的原理知識(shí)準(zhǔn)備目前電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)主要采用電磁感應(yīng)式，如圖2-2-7所示。新能源汽車的無線充電，相比于有線充電，主要是多了接收線圈，簡略了充電接口。電磁感應(yīng)式算是目前比較成熟的技術(shù)，很多手機(jī)無線充電利用的也是這種原理。電磁感應(yīng)式充電的基本原理是，在初級(jí)線圈中存在一定頻率的交流電，通過電磁感應(yīng)在次級(jí)線圈中產(chǎn)生了電流，從而將能量由輸出端傳送至接收端，完成無線充電。但是使用時(shí)要求兩個(gè)設(shè)備

13、的距離必須很近，供電距離控制在0mm10cm左右，而且充電只能對準(zhǔn)線圈一對一進(jìn)行。新能源汽車將一個(gè)受電線圈裝置安裝在汽車的底盤上，將另一個(gè)供電線圈裝置安裝在地面，當(dāng)電動(dòng)汽車駛到供電線圈裝置上，受電線圈即可接受到供電線圈的電流，從而對電池進(jìn)行充電。目前，這套裝置的額定輸出功率為10kW，一般的電動(dòng)汽車可在7-8小時(shí)內(nèi)完成充電。知識(shí)準(zhǔn)備雖然無線供電技術(shù)最具一定的可實(shí)現(xiàn)性，并且在當(dāng)今新能源電動(dòng)汽車上有應(yīng)用，但無線充電技術(shù)仍無法普及應(yīng)用。主要是存在以下幾個(gè)問題：1、電能的傳遞距離比較短，無法做到遠(yuǎn)距離輸電。因?yàn)槿绻€圈間隔大，傳輸效率就會(huì)明顯下降，導(dǎo)致無法有效充電。2、輻射問題，線圈會(huì)產(chǎn)生一定程度的電

14、磁輻射，會(huì)危害人體健康。3、充電過程線圈發(fā)熱嚴(yán)重，容易造成設(shè)備老化，維護(hù)成本高。10kW，一般的電動(dòng)汽車可在7-8小時(shí)內(nèi)完成充電。圖2-2-7 新能源汽車無線充電原理新能源汽車電力電子技術(shù)任務(wù)3 二極管原理與應(yīng)用建議課時(shí)：4學(xué)時(shí)知識(shí)目標(biāo)（1）知道什么是導(dǎo)體和半導(dǎo)體；（2）能理解二極管的工作原理，區(qū)分正向反向偏置；（3）能理解二極管整流的工作原理；（4）能通過實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)，使用萬用表對二極管進(jìn)行檢查并區(qū)分正負(fù)極；（5）正確規(guī)范的使用實(shí)訓(xùn)板，養(yǎng)成良好的新能源汽車維修職業(yè)素養(yǎng)教學(xué)目標(biāo)學(xué)習(xí)目錄內(nèi)容結(jié)構(gòu) 任務(wù)導(dǎo)入車載充電機(jī)是指固定安裝在新能源汽車上的充電機(jī)，內(nèi)部設(shè)置有整流電路模塊。由于交流電無法直接對電池進(jìn)

15、行充電，需要將插座的交流電轉(zhuǎn)換成為直流電后，再進(jìn)行升壓，才能給動(dòng)力電池組進(jìn)行充電。本實(shí)訓(xùn)通過搭建電路，驗(yàn)證二極管的單向?qū)ㄐ裕瑢W(xué)習(xí)整流電路的基本工作原理及檢測，并通過規(guī)范的操作，養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)。知識(shí)鏈接1：導(dǎo)體的認(rèn)知知識(shí)準(zhǔn)備導(dǎo)體是指電路中電阻率很小且易于傳導(dǎo)電流的物質(zhì)。導(dǎo)體中存在大量可自由移動(dòng)的帶電粒子稱為載流子。在外電場作用下，載流子作定向運(yùn)動(dòng)，形成明顯的電流。導(dǎo)體一般是各種金屬材料，金屬原子由原子核和核外電子組成。原子核無法自由移動(dòng)，而最外層的價(jià)電子容易掙脫原子核的束縛而成為自由電子，當(dāng)導(dǎo)體兩端加上電壓后，原子核最外層帶負(fù)電荷的電子擺脫原子核的約束向正電壓移動(dòng)，如圖2-3-1所示，電子

16、運(yùn)動(dòng)方向是由電源負(fù)極向電源的正極流動(dòng)，但約定俗成電路中電流的方向是從正極流向負(fù)極。圖2-3-1 導(dǎo)體微觀圖知識(shí)鏈接2：半導(dǎo)體的認(rèn)知知識(shí)準(zhǔn)備半導(dǎo)體是指導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料，如硅或者鍺等。半導(dǎo)體材料中的原子有規(guī)律的在空間中排列，每個(gè)原子外層有4個(gè)電子，如圖2-3-2所示。因?yàn)槊總€(gè)原子的外層電子與相鄰原子外層電子形成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，對電子產(chǎn)生更強(qiáng)大的約束力。所以在半導(dǎo)體兩端接上電壓后，只有部分電子能逃出共價(jià)鍵成為自由電子，同時(shí)在自由電子原來的位置產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的空穴。圖2-3-2 半導(dǎo)體微觀圖知識(shí)鏈接3：N型半導(dǎo)體認(rèn)知知識(shí)準(zhǔn)備用一種特殊的工藝，向純硅或者純鍺中摻入少量的五價(jià)元素，如磷或砷等

17、，這樣就得到N型的半導(dǎo)體。如圖2-3-3所示，每摻進(jìn)去一個(gè)五價(jià)的元素，其中五個(gè)價(jià)電子中的四個(gè)與硅原子的四個(gè)價(jià)電子形成共價(jià)鍵，剩余的一個(gè)就成為了自由電子，摻入的五價(jià)元素越多，自由電子的數(shù)量就會(huì)越大，從而增加一定的導(dǎo)電能力。總的來說，N型半導(dǎo)體主要是靠電子導(dǎo)電。 圖2-3-3 N型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)圖知識(shí)鏈接4：P型半體認(rèn)知知識(shí)準(zhǔn)備用一種特殊的工藝導(dǎo)向純硅或純鍺中摻入少量三價(jià)元素，如硼或鋁等。這樣就能得到P型半導(dǎo)體，如圖2-3-4所示。在這種半導(dǎo)體當(dāng)中每摻入一個(gè)三價(jià)元素，就在三價(jià)元素外層的三個(gè)價(jià)電子與硅元素外層四個(gè)價(jià)電子中的其中三個(gè)形成共價(jià)鍵，由于還差一個(gè)電子，三價(jià)元素外層只有三個(gè)價(jià)電子，與鄰近的硅原子形

18、成共價(jià)鍵差一個(gè)電子，所以就形成一個(gè)空穴。附近共價(jià)鍵的電子被空穴吸引，移動(dòng)到空穴位置，從而該三價(jià)元素由于得到一個(gè)電子，形成新的共價(jià)鍵。電子原來的位置由于失去一個(gè)電子，所以形成新的空穴。 圖2-3-4 P型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)圖知識(shí)鏈接5：二極管認(rèn)知知識(shí)準(zhǔn)備在一塊純硅材料里，將一半摻入三價(jià)元素變成P型半導(dǎo)體，將另一半摻入五價(jià)元素變成N型半導(dǎo)體，在P型和N型材料的交界處，便形成PN結(jié)，如圖2-3-5所示，將P型與N型半導(dǎo)體材料結(jié)合，即為二極管元件，符號(hào)為：“ ”。 圖2-3-5 PN結(jié)的結(jié)構(gòu)知識(shí)鏈接6：二極管的正向偏壓知識(shí)準(zhǔn)備電源正極接到二極管的陽極，即P型半導(dǎo)體。電源負(fù)極接到二極管的陰極，即N型半導(dǎo)體。由于

19、同性相斥，電源的負(fù)極向N型區(qū)輸入大量電子，迫使N型區(qū)內(nèi)部電子穿過PN結(jié)，如圖2-3-6所示，大量自由電子首先與P型區(qū)內(nèi)的空穴“中和”，然后多余的電子流回到電源正極，形成電子流，此時(shí)二極管的作用相當(dāng)于一般的導(dǎo)線。 圖2-3-6 PN結(jié)加正向電壓知識(shí)鏈接7：二極管的反向偏壓知識(shí)準(zhǔn)備將電源正極接到二極管的陰極，即N型半導(dǎo)體區(qū)。將電源負(fù)極接到二極管的正極，即P型半導(dǎo)體區(qū)。由于異性相吸，電源正極吸引N型區(qū)的自由電子，使其無法通過PN結(jié)，如圖2-3-7所示。因此，半導(dǎo)體內(nèi)部無電子穿過PN結(jié)。此時(shí)二極管相當(dāng)于絕緣體。圖2-3-7 PN結(jié)加反向電壓知識(shí)準(zhǔn)備綜上所述，二極管對電流具有單向?qū)ㄐ?，如圖2-3-8（

20、a ）（b）所示，在電路中相當(dāng)于電流的“單向閥”。圖2-3-8 二極管的特性新能源汽車電力電子技術(shù)任務(wù)4 場效應(yīng)管原理與應(yīng)用建議課時(shí)：4學(xué)時(shí)知識(shí)目標(biāo)（1）知道場效應(yīng)管的作用及工作原理；（2）能理解場效應(yīng)管與三極管、繼電器的區(qū)別；（3）通過場效應(yīng)管實(shí)訓(xùn)電路學(xué)習(xí)，可以分析其工作特性；（4）正確規(guī)范的使用實(shí)訓(xùn)板，養(yǎng)成良好的新能源汽車維修職業(yè)素養(yǎng)教學(xué)目標(biāo)學(xué)習(xí)目錄內(nèi)容結(jié)構(gòu) 任務(wù)導(dǎo)入場效應(yīng)管的功能相當(dāng)于電路中的“繼電器”，被廣泛應(yīng)用于新能源汽車領(lǐng)域中?？刂茊卧鶕?jù)各傳感器的信號(hào)運(yùn)算后，輸出相應(yīng)電壓信號(hào)，從而控制場效應(yīng)管導(dǎo)通或者斷開，實(shí)現(xiàn)控制對應(yīng)電路模塊。本實(shí)訓(xùn)通過搭建電路，分析場效應(yīng)管的特性，學(xué)習(xí)場效應(yīng)管

21、的原理與其作為電子開關(guān)的作用，并通過規(guī)范的操作，養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)。知識(shí)鏈接1：場效應(yīng)管的認(rèn)知知識(shí)準(zhǔn)備場效應(yīng)晶體管簡稱場效應(yīng)管，是利用控制輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器，屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件。場效應(yīng)管有三個(gè)電極：分別是漏極D、柵極G和源極S，如圖2-4-1所示，相當(dāng)于三極的管集電極、基極和發(fā)射極。效應(yīng)管與三極管類似，也分有兩種：N溝道器場件和P溝道器件，其主要作用是用柵極G的輸入電壓來控制漏極D和源極S之間的導(dǎo)通或截止。圖2-4-1 場效應(yīng)管結(jié)構(gòu) 知識(shí)鏈接2：場效應(yīng)管的工作原理知識(shí)準(zhǔn)備以N溝道的場效應(yīng)管為例說明其工作原理：場效應(yīng)管的柵極沒有電壓輸入，漏極連接電源正極，源

22、極連接電源負(fù)極，如圖2-4-2所示。此時(shí)，漏極的N型半導(dǎo)體材料與P型半導(dǎo)體材料構(gòu)成了PN結(jié)的反向偏置。在源極與漏極之間不會(huì)有電流流過，令場效應(yīng)管處與截止?fàn)顟B(tài)。 。圖2-4-2 場效應(yīng)管截止知識(shí)準(zhǔn)備以N溝道的場效應(yīng)管為例說明其工作原理：場效應(yīng)管的柵極沒有電壓輸入，漏極連接電源正極，源極連接電源負(fù)極，如圖2-4-2所示。此時(shí)，漏極的N型半導(dǎo)體材料與P型半導(dǎo)體材料構(gòu)成了PN結(jié)的反向偏置。在源極與漏極之間不會(huì)有電流流過，令場效應(yīng)管處與截止?fàn)顟B(tài)。 。圖2-4-2 場效應(yīng)管截止知識(shí)鏈接2：場效應(yīng)管的工作原理知識(shí)準(zhǔn)備以N溝道的場效應(yīng)管為例說明其工作原理：場效應(yīng)管的柵極沒有電壓輸入，漏極連接電源正極，源極連接

23、電源負(fù)極，如圖2-4-2所示。此時(shí)，漏極的N型半導(dǎo)體材料與P型半導(dǎo)體材料構(gòu)成了PN結(jié)的反向偏置。在源極與漏極之間不會(huì)有電流流過，令場效應(yīng)管處與截止?fàn)顟B(tài)。 圖2-4-3 場效應(yīng)管導(dǎo)通知識(shí)鏈接3：場效應(yīng)管的開關(guān)作用知識(shí)準(zhǔn)備實(shí)際應(yīng)用中，場效應(yīng)管一般作為電控開關(guān)來使用。如圖2-4-4所示，當(dāng)控制單元輸出信號(hào)為高電平時(shí)，場效應(yīng)管的漏極與源極導(dǎo)通，相當(dāng)于閉合的開關(guān)，負(fù)載直接與電源接通；當(dāng)控制單元輸出信號(hào)低電平時(shí)，場效應(yīng)管的漏極與源極截止，相當(dāng)于閉合的斷開，電路可以視為開路。 圖2-4-4 場效應(yīng)管電源開關(guān)電路知識(shí)鏈接4：場效應(yīng)管與三極管的區(qū)別知識(shí)準(zhǔn)備三極管屬于電流驅(qū)動(dòng)型，其放大功能是通過基極的電流來實(shí)現(xiàn)的

24、，如圖2-4-5所示。場效應(yīng)管屬于電壓驅(qū)動(dòng)型，柵極電阻極大，可以視為沒有電流經(jīng)過，所有不消耗電流。場效應(yīng)管通過電壓形成一條電子通道，使漏極和源極導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)電流放大功能。柵極的電壓越高，導(dǎo)通的電流越大，但同時(shí)柵極不消耗電流。相對于三極管，場效應(yīng)管的有以下的優(yōu)點(diǎn)：電流消耗量少，導(dǎo)通響應(yīng)速度迅速。 圖2-4-5 三極管的放大作用知識(shí)鏈接5：場效應(yīng)管與繼電器的區(qū)別知識(shí)準(zhǔn)備場效應(yīng)管與繼電器功能相似，如圖2-4-6所示，實(shí)際上都是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“開關(guān)”。一般情況下，場效應(yīng)管的柵極與控制單元的引腳連接，根據(jù)控制單元的輸出信號(hào)來執(zhí)行通斷動(dòng)作。但是場效應(yīng)管通斷的變化速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比繼電器快，一秒鐘

25、可以切換上萬次通斷，能夠快速響應(yīng)汽車的工況變化。 圖2-4-6 電磁繼電器結(jié)構(gòu)與原理新能源汽車電力電子技術(shù)任務(wù)5 IGBT原理與應(yīng)用建議課時(shí)：2學(xué)時(shí)知識(shí)目標(biāo)（1）能夠敘述IGBT的作用和組成；（2）能夠理解IGBT的工作原理；（3）能使用萬用表對IGBT的引腳進(jìn)行檢測并判斷；（4）通過對IGBT實(shí)訓(xùn)板的學(xué)習(xí)，掌握其工作特點(diǎn)；（5）正確規(guī)范的使用實(shí)訓(xùn)板，養(yǎng)成良好的新能源汽車維修職業(yè)素養(yǎng)。教學(xué)目標(biāo)學(xué)習(xí)目錄 內(nèi)容結(jié)構(gòu) 任務(wù)導(dǎo)入新能源汽車日常行駛時(shí)，工作電流高達(dá)上百安培。電控單元按照駕駛員的操作，精確地控制電機(jī)輸入電流的變化，而這控制的關(guān)鍵就是IGBT。不僅電機(jī)驅(qū)動(dòng)要用IGBT，新能源汽車的充電樁和空

26、調(diào)壓縮機(jī)也需要IGBT，其主要應(yīng)用是將大功率直流電轉(zhuǎn)化成交流電。本實(shí)訓(xùn)通過搭建電路，分析IGBT的工作特性，學(xué)習(xí)IGBT的基本原理，并通過規(guī)范的操作，養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)。知識(shí)鏈接1：IGBT的認(rèn)知知識(shí)準(zhǔn)備IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，即絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的半導(dǎo)體器件, 同時(shí)具有高輸入阻抗和低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于新能源汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)，如圖2-5-1所示為單管分立IGBT元件。圖2-5-1 單管分立IGBT知識(shí)準(zhǔn)備IGBT模塊是由IGBT(絕緣柵雙極型晶體管芯片)與FWD(二極管芯片)通過特定的電路封裝而成的模塊，一般所說的IGBT也指IGBT模塊。 。圖2-5-2 IGBT模塊知識(shí)鏈接2：IGBT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)知識(shí)準(zhǔn)備如圖2-5-3所示是一個(gè)IGBT內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，N+區(qū)域稱為源區(qū)，源區(qū)中引出的電極稱為源極，即發(fā)射極E。IGBT的控制電極稱為柵極，即門極G。P+區(qū)域稱為漏區(qū)，附于漏區(qū)上的電極稱為漏極，即集電極C。IGBT的電路符號(hào)如圖5-2-4所示。 圖2-5-3 IGBT內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖2-5-4 IGBT的電路符號(hào) 知識(shí)鏈接3：IGBT的工作原理知識(shí)準(zhǔn)備IGBT的等效電路如圖2-5-2所示。如果在IGBT的門極和發(fā)射極之