新能源汽车功率电子基础PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 汽车电子技术发展历程 1

1.2 纯电动汽车 2

1.3 插电式混合动力电动汽车 3

1.4 燃料电池电动汽车 5

1.5 功率电子学在新能源汽车中的应用 6

习题1 8

第2章 基本概念 9

2.1 电路的波形及其参数 9

2.1.1 参数 10

2.1.2 直流 11

2.1.3 正弦波 12

2.1.4 矩形波 16

2.1.5 三角波 18

2.1.6 谐波 20

2.2 半导体基础 23

2.2.1 N型半导体和P型半导体 23

2.2.2 PN结 25

2.2.3 二极管 27

2.3 理想开关的开关过程 30

2.3.1 理想开关 30

2.3.2 电感负载的理想开关过程 31

2.3.3 电容负载的理想开关过程 32

2.4 续流和换流 34

2.4.1 功率二极管的续流 34

2.4.2 功率半导体器件的换流 36

2.5 硬开关的开关过程 37

2.5.1 硬开关 38

2.5.2 硬开关的开通过程 38

2.5.3 硬开关的关断过程 39

2.6 软开关的开关过程 40

2.6.1 软开关 40

2.6.2 ZCS的开关过程 41

2.6.3 ZVS的开关过程 42

2.7 脉冲宽度调制（PWM）原理 44

2.7.1 PWM信号的类型 44

2.7.2 PWM信号的占空比 45

2.7.3 PWM数字信号的发生 45

2.7.4 直流PWM斩波 46

2.7.5 正弦波PWM（SPWM）发生原理 48

2.8 直流开关 51

2.8.1 低边开关 52

2.8.2 高边开关 52

2.9 电路的状态平均 53

2.9.1 状态平均 53

2.9.2 状态平均欧姆定律 53

2.9.3 状态平均电感和电容特性 53

2.9.4 状态平均基尔霍夫定律 54

2.10 热阻 55

2.10.1 热阻计算 55

2.10.2 功率半导体器件热阻的构成 55

2.10.3 功率半导体器件结温计算 56

习题2 56

第3章 功率半导体器件 58

3.1 功率二极管 58

3.1.1 功率二极管的结构 58

3.1.2 功率二极管的动态特性 58

3.1.3 功率二极管的模型 60

3.1.4 功率二极管的主要参数 61

3.2 双极结型功率晶体管 61

3.2.1 功率晶体管的结构 61

3.2.2 功率晶体管的基本工作原理 62

3.2.3 功率晶体管的工作区 62

3.2.4 功率晶体管的击穿与安全工作区 63

3.3 晶闸管 63

3.3.1 晶闸管的结构 64

3.3.2 晶闸管的工作原理 64

3.3.3 晶闸管的静态特性 66

3.3.4 晶闸管的动态特性 67

3.3.5 晶闸管的参数 68

3.4 功率金属氧化物场效应晶体管（P-MOSFET） 68

3.4.1 MOS电容的工作原理 69

3.4.2 MOSFET的结构与类型 69

3.4.3 MOSFET的压控原理 70

3.4.4 MOSFET的输出特性 70

3.4.5 MOSFET的沟道夹断和转移特性 71

3.4.6 P-MOSFET的结构 72

3.4.7 P-MOSFET的通态电阻 72

3.4.8 P-MOSFET的寄生器件 72

3.4.9 P-MOSFET的等效电路 73

3.4.10 P-MOSFET的开关特性 74

3.4.11 P-MOSFET的安全工作区 75

3.4.12 P-MOSFET的主要参数 75

3.5 绝缘栅双极型晶体管（IGBT） 76

3.5.1 IGBT的结构和类型 76

3.5.2 IGBT的基本工作原理 77

3.5.3 IGBT的输出特性 78

3.5.4 IGBT的寄生器件 78

3.5.5 IGBT的擎住效应 79

3.5.6 IGBT的开关特性 79

3.5.7 IGBT的安全工作区 81

3.5.8 IGBT的主要技术指标 82

3.6 宽禁带功率半导体器件 83

3.6.1 宽禁带 83

3.6.2 碳化硅器件 84

3.6.3 氮化镓器件 85

习题3 86

第4章 直流变换技术 87

4.1 DC/DC降压变换器 87

4.1.1 DC/DC降压变换器的电路结构 87

4.1.2 DC/DC降压变换器的工作原理 88

4.1.3 DC/DC降压变换器的工作模式 89

4.1.4 CCM降压变换器的输出电压 90

4.1.5 CCM降压变换器的电感纹波电流 91

4.1.6 CCM降压变换器的电容纹波电压 92

4.1.7 CCM与DCM的边界 93

4.1.8 DCM电路的输出电压 94

4.1.9 DC/DC降压变换器的计算示例与仿真分析 95

4.2 DC/DC升压变换器 102

4.2.1 DC/DC升压变换器的电路结构 102

4.2.2 DC/DC升压变换器的工作原理 103

4.2.3 CCM升压变换器的输出电压 104

4.2.4 CCM升压变换器的电感纹波电流 105

4.2.5 CCM升压变换器的电容纹波电压 105

4.2.6 CCM和DCM的边界 106

4.2.7 DCM电路的输出电压 106

4.2.8 DC/DC升压变换器的计算示例 107

4.3 DC/DC升降压变换器 109

4.3.1 DC/DC升降压变换器的电路结构 109

4.3.2 DC/DC升降压变换器的工作原理 109

4.3.3 CCM升降压变换器的输出电压 110

4.3.4 CCM和DCM的边界条件 111

4.3.5 Cuk变换电路 112

4.3.6 DC/DC升降压变换器的计算示例 113

4.4 DC/DC组合电路 116

4.4.1 半桥DC/DC电路 116

4.4.2 H桥DC/DC电路 116

4.4.3 DC/DC的多相多重电路 117

4.5 DC/DC隔离变换器 118

4.5.1 单端正激式变换器 118

4.5.2 推挽式变换器 119

4.5.3 单端反激式变换器 120

4.5.4 半桥式变换器 122

4.5.5 H桥式变换器 124

4.6 同步整流 127

4.6.1 整流电路 128

4.6.2 同步整流 128

4.7 新能源汽车直流功率变换器 130

4.7.1 电驱动系统双向DC/DC变换器 131

4.7.2 高低压DC/DC隔离变换器 132

4.7.3 48V混合动力系统DC/DC变换器 132

习题4 133

第5章 逆变技术 136

5.1 单相电压源逆变电路 136

5.1.1 中心抽头变压器式单相电压源逆变电路 136

5.1.2 半桥式单相电压源逆变电路 137

5.1.3 H桥式单相电压源逆变器 138

5.2 单相电压源逆变器的脉宽调制技术 138

5.2.1 单极性SPWM技术 138

5.2.2 双极性SPWM技术 141

5.3 三相电压源逆变器 144

5.3.1 三相电压源逆变器的电路工作原理 144

5.3.2 三相SPWM技术 145

5.3.3 三相空间电压矢量PWM技术 146

习题5 154

第6章 整流技术 156

6.1 不可控整流电路 156

6.1.1 单相桥式二极管整流电路 156

6.1.2 三相桥式二极管整流电路 159

6.2 直流滤波电路 161

6.2.1 容性输入直流滤波器 162

6.2.2 感性输入直流滤波器 163

6.3 相控整流电路 165

6.3.1 单相桥式晶闸管半控整流电路 165

6.3.2 单相桥式晶闸管全控整流电路 170

6.3.3 三相桥式晶闸管全控整流电路 175

6.4 PWM整流电路 182

6.4.1 PWM整流器的基本原理 182

6.4.2 单相PWM整流的工作模态 184

6.4.3 单相PWM整流的调制技术 187

6.5 动力电池充电系统 189

6.5.1 充电设施的类型 189

6.5.2 充电方法 189

6.5.3 接触式充电技术 190

6.5.4 无线充电基本原理 190

6.5.5 V2G技术 191

习题6 192

第7章 交流电驱动控制 194

7.1 新能源汽车电驱动系统 194

7.1.1 新能源汽车电驱动的技术要求 194

7.1.2 电驱动装置电路 195

7.1.3 交流电机的工作原理 197

7.2 三相交流异步电机的控制原理 201

7.2.1 稳态等效电路 201

7.2.2 变频变压控制 202

7.2.3 动态数学模型 205

7.2.4 矢量控制基本方程 209

7.2.5 间接矢量控制 210

7.2.6 直接矢量控制 213

7.2.7 直接转矩控制 214

7.3 永磁同步电机的控制原理 218

7.3.1 动态数学模型 218

7.3.2 矢量控制 219

7.3.3 电压电流极限及弱磁运行 221

7.4 永磁无刷直流电机的控制原理 224

7.5 电机的馈电控制 227

习题7 229

参考文献 230