新能源汽車功率電子基礎

目　 錄
前 言

第1章 緒論1
1.1 汽車電子技術發(fā)展歷程1
1.2 純電動汽車2
1.3 插電式混合動力電動汽車3
1.4 燃料電池電動汽車5
1.5 功率電子學在新能源汽車中的應用6
習題18
第2章 基本概念9
2.1　電路的波形及其參數(shù)9
2.1.1　參數(shù)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　諧波20
2.2　半導體基礎23
2.2.1　N型半導體和P型半導體23
2.2.2　PN結25
2.2.3　二極管27
2.3　理想開關的開關過程30
2.3.1　理想開關30
2.3.2　電感負載的理想開關過程31
2.3.3　電容負載的理想開關過程32
2.4　續(xù)流和換流34
2.4.1　功率二極管的續(xù)流34
2.4.2　功率半導體器件的換流36
2.5　硬開關的開關過程37
2.5.1　硬開關38
2.5.2　硬開關的開通過程38
2.5.3　硬開關的關斷過程39
2.6　軟開關的開關過程40
2.6.1　軟開關40
2.6.2　ZCS的開關過程41
2.6.3　ZVS的開關過程42
2.7　脈沖寬度調制（PWM）原理44
2.7.1　PWM信號的類型44
2.7.2　PWM信號的占空比45
2.7.3　PWM數(shù)字信號的發(fā)生45
2.7.4　直流PWM斬波46
2.7.5　正弦波PWM（SPWM）發(fā)生原理48
2.8　直流開關51
2.8.1　低邊開關52
2.8.2　高邊開關52
2.9　電路的狀態(tài)平均53
2.9.1　狀態(tài)平均53
2.9.2　狀態(tài)平均歐姆定律53
2.9.3　狀態(tài)平均電感和電容特性53
2.9.4　狀態(tài)平均基爾霍夫定律54
2.10 熱阻55
2.10.1　熱阻計算55
2.10.2　功率半導體器件熱阻的構成55
2.10.3　功率半導體器件結溫計算56
習題256
第3章 功率半導體器件58
3.1　功率二極管58
3.1.1　功率二極管的結構58
3.1.2　功率二極管的動態(tài)特性58
3.1.3　功率二極管的模型60
3.1.4　功率二極管的主要參數(shù)61
3.2　雙極結型功率晶體管61
3.2.1　功率晶體管的結構61
3.2.2　功率晶體管的基本工作原理62
3.2.3　功率晶體管的工作區(qū)62
3.2.4　功率晶體管的擊穿與安全工作區(qū)63
3.3　晶閘管63
3.3.1　晶閘管的結構64
3.3.2　晶閘管的工作原理64
3.3.3　晶閘管的靜態(tài)特性66
3.3.4　晶閘管的動態(tài)特性67
3.3.5　晶閘管的參數(shù)68
3.4　功率金屬氧化物場效應晶體管（P?MOSFET）68
3.4.1　MOS電容的工作原理69
3.4.2　MOSFET的結構與類型69
3.4.3　MOSFET的壓控原理70
3.4.4　MOSFET的輸出特性70
3.4.5　MOSFET的溝道夾斷和轉移特性71
3.4.6　P?MOSFET的結構72
3.4.7　P?MOSFET的通態(tài)電阻72
3.4.8　P?MOSFET的寄生器件72
3.4.9　P?MOSFET的等效電路73
3.4.10　P?MOSFET的開關特性74
3.4.11　P?MOSFET的安全工作區(qū)75
3.4.12　P?MOSFET的主要參數(shù)75
3.5　絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）76
3.5.1　IGBT的結構和類型76
3.5.2　IGBT的基本工作原理77
3.5.3　IGBT的輸出特性78
3.5.4　IGBT的寄生器件78
3.5.5　IGBT的擎住效應79
3.5.6　IGBT的開關特性79
3.5.7　IGBT的安全工作區(qū)81
3.5.8　IGBT的主要技術指標82
3.6　寬禁帶功率半導體器件83
3.6.1　寬禁帶83
3.6.2　碳化硅器件84
3.6.3　氮化鎵器件85
習題386
第4章 直流變換技術87
4.1　DC/DC降壓變換器87
4.1.1　DC/DC降壓變換器的電路結構87
4.1.2　DC/DC降壓變換器的工作原理88
4.1.3　DC/DC降壓變換器的工作模式89
4.1.4　CCM降壓變換器的輸出電壓90
4.1.5　CCM降壓變換器的電感紋波電流91
4.1.6　CCM降壓變換器的電容紋波電壓92
4.1.7　CCM與DCM的邊界93
4.1.8　DCM電路的輸出電壓94
4.1.9　DC/DC降壓變換器的計算示例與仿真分析95
4.2　DC/DC升壓變換器102
4.2.1　DC/DC升壓變換器的電路結構102
4.2.2　DC/DC升壓變換器的工作原理103
4.2.3　CCM升壓變換器的輸出電壓104
4.2.4　CCM升壓變換器的電感紋波電流105
4.2.5　CCM升壓變換器的電容紋波電壓105
4.2.6　CCM和DCM的邊界106
4.2.7　DCM電路的輸出電壓106
4.2.8　DC/DC升壓變換器的計算示例107
4.3　DC/DC升降壓變換器109
4.3.1　DC/DC升降壓變換器的電路結構109
4.3.2　DC/DC升降壓變換器的工作原理109
4.3.3　CCM升降壓變換器的輸出電壓110
4.3.4　CCM和DCM的邊界條件111
4.3.5　Cuk變換電路112
4.3.6　DC/DC升降壓變換器的計算示例113
4.4　DC/DC組合電路116
4.4.1　半橋DC/DC電路116
4.4.2　H橋DC/DC電路116
4.4.3　DC/DC的多相多重電路117
4.5　DC/DC隔離變換器118
4.5.1　單端正激式變換器118
4.5.2　推挽式變換器119
4.5.3　單端反激式變換器120
4.5.4　半橋式變換器122
4.5.5　H橋式變換器124
4.6　同步整流127
4.6.1　整流電路128
4.6.2　同步整流128
4.7　新能源汽車直流功率變換器130
4.7.1　電驅動系統(tǒng)雙向DC/DC變換器131
4.7.2　高低壓DC/DC隔離變換器132
4.7.3　48V混合動力系統(tǒng)DC/DC變換器132
習題4133
第5章 逆變技術136
5.1　單相電壓源逆變電路136
5.1.1　中心抽頭變壓器式單相電壓源逆變電路136
5.1.2　半橋式單相電壓源逆變電路137
5.1.3　H橋式單相電壓源逆變器138
5.2　單相電壓源逆變器的脈寬調制技術138
5.2.1　單極性SPWM技術138
5.2.2　雙極性SPWM技術141
5.3　三相電壓源逆變器144