前言

当前，汽车的能源供给体系正处于转变过程，传统燃油汽车正向适应人类可持续发展的新能源汽车过渡。这一转变的技术基础是车载电气化技术的迅猛发展。即使在传统汽车上，比如LED车灯和电动助力转向等已经得到普遍应用，电动水泵、电动空调和起停系统等正在推广应用中，汽车的低压直流电源系统也在趋向统一的DC48V电压体制。区别于传统汽车，新能源汽车能够以纯电动方式行驶。此功能的实现离不开车载驱动电机及其控制系统，由车载动力蓄电池组供给高电压直流电源。

在一个与路面相对封闭而运动的汽车系统中，无论是几十瓦的车灯，还是上百千瓦的驱动电机及其控制器，这些电气系统的功率远大于信息与控制的电子系统。在各自不同的直流母线电压作用下，车载电气系统的电流较大，从几安培到几百安培。相应地，车载电气系统的功率半导体器件承载大电流，快速通断，系统的发热量、电磁干扰和电应力大幅增加，使车载电源系统的载荷十分复杂，给汽车的安全性、可靠性和耐久性带来了新的高度，形成了汽车设计、开发和制造技术的新课题。各个电气系统，比如电机及其控制器的逆变装置、高低压DC/DC变换器的直流转换装置、动力蓄电池组的车载充电装置等，它们的电路拓扑及其控制方法对新能源汽车的动力性、经济性和舒适性起到了关键的作用。

本书以新能源汽车的动力系统结构为切入点，指出功率电子电路的逆变（DC/AC）、直流-直流变换（DC/DC）、整流（AC/DC）三大技术与新能源汽车节能减排的密切关系，集中梳理功率电子学的一些基本概念，介绍包括宽禁带器件在内的功率电子半导体器件的应用特性，阐述以化学电池为直流电源的DC/DC、DC/AC和AC/DC电路的组成、结构、原理，以及车载应用。本书的分章节内容如下：

第1章 介绍汽车电子化和电气化的发展进程，描述新能源汽车的动力系统结构，阐述功率电子学的作用和地位，及其研究内容。

第2章 基本概念。阐述功率电路的常用波形、半导体基础、开关过程、续流、换流、硬开关、软开关、脉宽调制、直流开关、电路的平均状态和热阻抗，将功率电子学的常用概念和基本方法集中介绍，提高学习的通顺性。

第3章 器件的工作原理。阐述功率半导体器件的基本原理、工作特性和应用技术，器件包括功率二极管、双极结型功率晶体管、晶闸管、功率金属氧化物场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管和宽禁带器件。

第4章 直流变换技术。阐述DC/DC降压、升压和升降压电路，它们是新能源汽车中两个高电压母线之间的电能转换的技术基础。同时详细描述了隔离DC/DC和同步整流技术的电路原理。并且，以举例或结构图方式指明DC/DC变换器在新能源汽车中的车载应用。

第5章 逆变技术。阐述了单相和三相电压源逆变器的电路工作原理，以及SVPWM产生方法，它是目前流行的交流电机控制器技术的电路及控制基础。

第6章 整流技术。阐述不控整流电路、直流滤波电路、相控整流电路和PWM整流电路，并且简要叙述了车载动力蓄电池组的充电设施和方法。

第7章 针对新能源汽车的纯电驱动功能，介绍了纯电驱动交流电动机控制系统结构，总结了纯电动汽车对驱动电机及其控制器的机械特性要求，叙述了交流电动机的工作原理和数学模型，阐述了交流电动机的矢量控制方法和直接转矩控制方法。并且，通过仿真模型及其结果说明交流电动机的变频变压控制和矢量控制系统。

现有的电力电子学或电力电子技术书籍较多，涉及范围广泛，但对汽车的直流电源系统和电驱动系统几乎没有阐述。电力系统习惯指工业电网的电子电气系统，以区别于“电力电子”，本书将阐述与汽车技术相关的“电力电子”，研究车载电源之间电能变换的功率半导体器件、电路拓扑、控制理论与方法。

本书面向从事新能源汽车（特别是电动汽车）技术学习的学生和工程技术人员，着重描述了功率电子学在新能源汽车电源系统中的应用，尤其是电动汽车的驱动电机及其控制器、DC/DC变换器和车载充电机技术的功能组成、电路拓扑和工作原理；力图用图、表和仿真模型帮助读者理解功率电子学的基本概念、电路拓扑及其工作原理，采用PSIM软件仿真功率电子电路波形；集中阐述功率电子学发展中形成的一些基本概念，这些概念往往包含了专业词汇，希望能够帮助初学者进一步理解专业文献。

在本书完稿之际，对书末所附参考文献的作者等致以衷心的感谢！书中的引用不周之处，恳请同行学者海涵，帮助作者提出改正意见。由于作者学识有限，书中难免有疏漏和错误，殷切希望研读本书的读者批评指正和谅解。

程夕明 张承宁

2017年11月30日于北京理工大学