前言

传统汽车的电子技术应用普遍，涉及发动机控制与管理、变速箱自动换挡控制、车轮ASR/ABS、底盘稳定程序控制、电动车窗、助力转向、安全气囊控制、空调采暖系统和车载音响等，提高了汽车的动力性、经济性、舒适性和安全性。为顺应节能环保的时代潮流，汽车的电气化技术发展十分迅速，出现了LED车灯、电动助力转向、电动空调和启/停系统等，汽车的低压电源系统也趋向统一的42V电压体系标准。区别于传统汽车，电动汽车的车轮驱动力部分或全部来自电动机，不仅继承了传统汽车低于安全电压的低压电路系统，而且应用了基于动力蓄电池串/并联的高电压直流电路系统。

在一个与路面相对封闭而运动的汽车系统中，小到一个几十瓦的车灯，大到上百千瓦的驱动电动机及其控制器，相关电路的功率比信息电子电路的功率大。在各自不同的母线电压下，其负载电流较大，从几安培到几百安培，器件的电应力增大，控制的复杂性提高。各个电子电气部件的控制方法对汽车的动力性、经济性、舒适性和安全性有显著的影响，比如电动机及其控制器的逆变技术、高低压DC/DC转换器的直流转换技术、动力蓄电池组的车载充电技术等，本书涉及的这些功率电路内容弥补了汽车电子学书籍中的缺口。

功率电子学和电力电子学在研究内容上没有本质差别，都是研究电源之间电能转换的功率半导体器件、电路拓扑、控制理论与方法，都源于国外译文“Power Electronics”，它们的研究基础是功率半导体器件（Power Semiconductor）。电力电子学起源于功率半导体器件在电力系统中的应用，两者的关系密切。众所周知，汽车在一个工业大国中的地位举足轻重，现有的电力电子学或电力电子技术书籍都是面向电气工程学科的读者，内容涉及基于电网的工业应用对象，对汽车的直流电源系统几乎没有阐述。本书面向从事汽车（特别是电动汽车）技术学习的人员，着重阐述功率电子学在汽车电源系统中的应用，尤其是电动汽车的驱动电动机及其控制器、电动助力转向、电动空调、DC/DC转换器和蓄电池单体均衡电路等。

本书结构

绪论 介绍汽车电子化和电动化的发展进程，描述电动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1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，将功率电子学的常用概念和基本方法集中介绍。

第2章 器件工作原理。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管和绝缘栅双极晶体管。

第3章 整流技术。阐述不控整流电路、直流滤波电路和相控整流电路；功率二极管和晶闸管是应用的主要功率半导体器件，是车载动力蓄电池充电技术的基础。

第4章 直流转换技术。阐述DC/DC降压、升压和升/降压电路，它们是电动汽车中两根高压母线之间的电能转换的技术基础；同时对DC/DC隔离电路和同步整流技术的电路的原理和方法做了详细阐述，为设计电动汽车高压母线和低压母线之间的DC/DC转换器奠定了技术基础。

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及SVPWM产生方法，是目前流行的SVPWM电动机控制器技术的电路及控制基础。

第6章 功率电子技术在电动汽车中的应用。阐述汽车电源系统、电动助力转向系统、电动空调采暖系统和再生协调制动控制系统的工作原理。对于驱动电动机控制系统，总结了纯电动汽车对驱动电动机及其控制器的机械特性要求，阐述了笼式感应电动机和永磁无刷电动机的矢量控制方法，介绍了非隔离DC/DC转换器在电动汽车动力系统中的作用。另外还介绍了用于电动汽车低压电源系统的双管正激式高低压DC/DC的工作原理。对于动力锂电池的管理系统，指出电池单体均衡对电池成组技术的重要性，着重阐述电感式主动均衡的电路工作原理。

本书特色

用图和表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；集中一章阐述功率电子学中的一些基本概念，帮助初学者理解其研究性文献；针对电动汽车阐述汽车控制的功率电子电路结构和工作原理。

致谢

在本书完稿之际，对书末所附参考文献的作者致以衷心的感谢！书中的引用不当之处，恳请读者提出宝贵建议。

由于编著者学识有限，本书编写时间又紧张，书中难免有疏漏和错误，殷切希望研读本书的教师、学生、学者和其他工程技术人员批评指正。

本书编著者邮箱：CXM2004@bit.edu.cn。

编著者

2011.9