电机控制器作为整个驱动系统的控制中心，它由逆变器和控制器两部分组成，如图3-17所示。逆变器接收动力电池输送过来的直流电能，之后逆变成三相交流电给驱动电机提供电能。电机控制器接收电动机转速、温度、电流、电压等信号并反馈到仪表。当发生加速、爬坡或制动行为时，电机控制器控制变频器的升降，从而达到加速或者减速的目的。上文提到，永磁同步交流电动机可以分为三相永磁同步交流电动机和无刷直流电动机，其中三相永磁同步交流电动机控制器采用脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，Pw M）方式实现高压直流到三相交流电源的变换，采用变频调速方式实现电动机的调速。无刷直流电动机控制器通常采用“弱磁调速”方式实现电机的控制。由于三相永磁同步交流电动机驱动系统低速转矩脉动小且在高速恒功率区调速更稳定，因此无刷直流电动机驱动系统具有更好的应用前景。

图3-17　汽车电机控制器拓扑图

（一）电机控制器系统的基本组成

以某款混合动力汽车为例，其永磁同步交流电动机控制系统组成框图如图3-18所示。电机控制器系统主要包含动力电池模块、控制策略模块、逆变器模块、永磁同步电机模块及CAN总线模块。为了控制电路中电流的变化，搭建PI双闭环反馈控制模型。根据电流期望值与实际值问的误差e，使SVPWM生成模块进行实时调节，控制生成频率的大小，从而达到控制电机转速，进而控制车速的目的。

图3-18　电机控制器系统组成框图

（二）逆变器的基本工作原理

在电机控制器中逆变器是最重要的部分。它主要的功能是将动力电池输入的直流电（DC）转换为三相交流电（AC），其主回路电路如图3-19所示。

图3-19　逆变器主回路电路原理图

在逆变器主回路电路中包括6个绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）及三相输出线，每一相输出线与正负直流母线之间各连接一只IGBT功率开关管。连接正极母线的IGBT功率管与输出端的节点称为上桥臂，连接负极母线的IGBT与输出端节点称为下桥臂，每一相的上、下桥臂统称为半桥。

为了能够将输入的直流变成交流电，6个IGBT会从VD1～VD6依序循环地导通和关闭，并依次间隔60°顺序导通（或关断），三相的相位差为120°，也就是说和第一相上桥臂导通（或关断）时刻间隔120°的ICBT为第二相的上桥臂，和第二相上桥臂导通（或关断）时刻间隔120°的IGBT为第三相的上桥臂。当然，某一相的上桥臂导通区间内下桥臂是不可以导通的，也即是完全关断状态。当上桥臂导通180°后立刻关断，这视为此相的正半波，另外在上桥臂关断时刻起导通并经过180°即为此相的下桥臂。图3-20为逆变器三相输出波形图。

图3-20　逆变器输出原理及波形图(www.daowen.com)

动力电池输出的直流电能经过逆变器，其每一相间隔120°的循环输出就产生了交流电能，连接永磁同步交流电动机后即会在电动机内部建立旋转的磁场，从而电动机转子就可以旋转并对外做功了。

（三）电机控制器可变电压系统

（1）电压升压控制系统。

为了使动力电池输出电压满足电动机的工作电压，需要对动力电池输出电压进行升压调节。电机控制器中的升压转换器由一组绝缘栅双极晶体管和一个电抗器构成，如图3-21所示。

图3-21　升压转换器结构示意图

当动力电池输出固定的直流电压时，其中的一个绝缘栅双极晶体管处于闭合状态，电流流经电抗器中的电感线圈，一部分能量储存在电感线圈中，如图3-22a）所示；当绝缘栅双极晶体管关断后，电流被截止，此时电感线圈内部磁场发生变化，所感应出的电流就被二极管引导给电容器充电，如图3-22b）所示，从而实现了升压。

图3-22　升压转换器升压状态示意图

（2）电压降压控制系统。

混合动力汽车的驱动电机具有可逆性，即电动机在特定条件下可以转变成发电机运行，将电动机制动产生的回馈电能充人动力电池中，需要电压降压控制系统。与升压控制相似，工作原理如图3-23所示。

当车辆制动时，电动机内部转子切割定子磁力线产生的交流电能通过逆变器变为直流电能，此时可变电压系统中上部的绝缘栅双极晶体管打开，电感线圈感应到电流的变化并储存部分电能，如图3-23（a）所示；而后可变电压系统中上部的绝缘栅双极晶体管关断，电感线圈阻碍电流的变化而向电容充电，如图3-23（b）所示，而后再由电容器向车载HV蓄电池充电。

图3-23　降压工作原理示意图