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1绪论1

1.1 概述1

1.2 汽车电力电子学的发展历程4

1.3 汽车电力电子学的应用领域4

1.3.1 传统汽车上的应用4

1.3.2 新能源汽车上的应用5

1.4 汽车电力电子技术的特点和发展趋势5

1.4.1 汽车电力电子技术的特点5

1.4.2 汽车电力电子技术的发展趋势6

2汽车电力电子器件8

2.1 汽车电力电子器件概述8

2.2 半导体物理基础10

2.2.1 半导体中的电子状态和能带10

2.2.2 禁带宽度与宽禁带半导体材料11

2.2.3 本征浓度13

2.2.4 掺杂与杂质半导体15

2.2.5 载流子的漂移与扩散17

2.2.6 载流子的激发与复合21

2.2.7 PN结理论21

2.2.8 金属和半导体接触理论29

2.3 功率二极管32

2.3.1 功率PIN二极管32

2.3.2 功率肖特基势垒二极管36

2.3.3 功率混合PIN-Schottky二极管38

2.4 晶闸管39

2.4.1 晶闸管的结构和工作原理39

2.4.2 晶闸管的静态特性41

2.4.3 晶闸管的开关特性42

2.5 功率MOSFET43

2.5.1 功率MOSFET的结构和工作原理44

2.5.2 功率MOSFET的静态特性47

2.5.3 功率MOSFET的开关特性49

2.6 绝缘栅双极晶体管56

2.6.1 IGBT的结构和工作原理56

2.6.2 IGBT的静态特性59

2.6.3 IGBT的开关特性60

3汽车电力电子系统的可靠性64

3.1 汽车电力电子系统可靠性基础64

3.1.1 可靠性的基本概念64

3.1.2 可靠性主要术语与特征量65

3.1.3 汽车电力电子系统的失效67

3.1.4 汽车电力电子系统的可靠性工作流程70

3.2 汽车电力电子器件的安全工作区与失效分析72

3.2.1 功率二极管的安全工作区与失效分析72

3.2.2 晶闸管的安全工作区与失效分析73

3.2.3 功率MOSFET的安全工作区与失效分析73

3.2.4 IGBT的安全工作区与失效分析74

3.3 无源元件的失效分析77

3.3.1 电阻器的失效77

3.3.2 电感器的失效80

3.3.3 电容器的失效83

3.4 汽车电力电子系统的安全工作区86

3.5 汽车电力电子器件的驱动和保护87

3.5.1 汽车电力电子器件的驱动87

3.5.2 汽车电力电子器件的保护92

3.6 汽车电力电子器件的热管理97

3.6.1 汽车电力电子器件热管理的作用97

3.6.2 汽车电力电子器件的封装98

3.6.3 汽车电力电子器件的基本传热方式104

4传统汽车中的电力电子技术110

4.1 传统汽车中的电力电子电路结构110

4.2 汽车电源系统与三相全桥整流电路114

4.3 发动机电控系统中的电力电子技术117

4.3.1 汽油机电子点火系统117

4.3.2 发动机燃油喷射控制119

4.4 有刷直流电机的驱动控制123

4.4.1 有刷直流电机的结构和工作原理123

4.4.2 永磁直流电动机的数学模型与工作特性125

4.4.3 PWM控制基本原理126

4.4.4 永磁直流电动机的控制127

4.5 无刷直流电机的驱动控制130

4.5.1 无刷直流电机的结构和工作原理130

4.5.2 无刷直流电机的数学模型和工作特性133

4.5.3 电流滞环跟踪PWM控制135

4.5.4 无刷直流电机的控制136

5电动汽车直流-直流变换器141

5.1 直流-直流变换器的作用与分类141

5.1.1 直流-直流变换器的作用141

5.1.2 直流-直流变换器的分类143

5.2 燃料电池汽车单向直流-直流变换器143

5.2.1 燃料电池汽车动力系统构型143

5.2.2 降压型直流-直流变换器145

5.2.3 升压型直流-直流变换器152

5.2.4 升降压型直流-直流变换器159

5.2.5 高电压增益直流-直流变换器163

5.2.6 单向直流-直流变换器的控制166

5.2.7 单向直流-直流变换器的损耗175

5.3 双向非隔离型直流-直流变换器179

5.3.1 双向非隔离型直流-直流变换器的电路结构179

5.3.2 双向非隔离型直流-直流变换器的控制180

5.4 交错式直流-直流变换器的电路结构与控制182

5.4.1 交错式直流-直流变换器的电路结构182

5.4.2 交错式直流-直流变换器的控制186

5.5 隔离型直流-直流变换器187

5.5.1 电动汽车隔离型直流-直流变换器的特点187

5.5.2 全桥式直流-直流变换器188

5.5.3 半桥式直流-直流变换器190

5.6 直流-直流变换器的软开关技术191

5.6.1 软开关的基本概念191

5.6.2 LLC谐振直流-直流变换器192

5.6.3 有源钳位正反激直流-直流变换器197

6电动汽车驱动电机系统200

6.1 电动汽车驱动电机系统概述200

6.1.1 驱动电机系统的作用与驱动形式200

6.1.2 驱动电机的类型202

6.1.3 整车对驱动电机系统的技术要求203

6.2 永磁同步电机的结构、原理与控制205

6.2.1 永磁同步电机的结构与工作原理205

6.2.2 永磁同步电机的数学模型207

6.2.3 永磁同步电机的矢量控制212

6.3 交流感应电机的结构、原理与控制217

6.3.1 交流感应电机的结构与工作原理217

6.3.2 交流感应电机的数学模型218

6.3.3 交流感应电机的矢量控制223

6.3.4 交流感应电机的弱磁控制228

6.4 电压型逆变电路与脉宽调制技术233

6.4.1 电压型逆变器主电路结构233

6.4.2 三相电压型逆变电路的正弦脉宽调制235

6.4.3 三相电压型逆变电路的空间矢量脉宽调制238

7电动汽车充电系统242

7.1 电动汽车充电系统概述242

7.1.1 电动汽车充电系统的分类242

7.1.2 电动汽车充电系统的构成243

7.1.3 电动汽车充电系统的要求245

7.2 充电系统中的整流电路245

7.2.1 单相桥式不控整流电路245

7.2.2 单相桥式全控整流电路247

7.2.3 三相桥式全控整流电路248

7.2.4 充电系统中的同步整流技术249

7.3 功率因数校正电路252

7.3.1 谐波和功率因数252

7.3.2 单相功率因数校正电路254

7.3.3 三相功率因数校正电路259

7.4 感应式无线电能传输263

7.4.1 耦合线圈的数学模型与等效电路263

7.4.2 耦合线圈的补偿与谐振电路266

7.4.3 耦合线圈的电能传输特性275

7.4.4 无线充电系统的电磁安全性276

7.5 充电系统的控制279

7.5.1 车载储能部件的充电模式279

7.5.2 传导式充电系统的控制283

7.5.3 无线充电系统的控制283

7.6 充电系统与电机驱动系统的集成286

8汽车电力电子系统的电磁兼容290

8.1 电磁兼容基本概念与术语290

8.1.1 电磁兼容的基本概念290

8.1.2 主要的电磁兼容术语291

8.2 汽车电力电子系统的电磁噪声293

8.2.1 汽车电磁噪声的类型293

8.2.2 汽车电力电子系统电磁噪声的产生原因295

8.2.3 静电放电对汽车电力电子系统的影响299

8.2.4 汽车电磁噪声的耦合途径299

8.3 汽车电力电子系统电磁兼容性测试302

8.3.1 电磁兼容性测试中的单位及换算302

8.3.2 汽车电力电子系统电磁兼容性测试内容303

8.4 汽车电力电子系统电磁干扰的抑制305

8.4.1 屏蔽305

8.4.2 接地309

8.4.3 滤波311

8.4.4 隔离313

附录 主要术语索引314

参考文献328