新能源汽车功率电子基础

目　 录
前 言

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18
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256
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386
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4133
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