前 言　　當(dāng)前，汽車的能源供給體系正處于轉(zhuǎn)變過程，傳統(tǒng)燃油汽車正向適應(yīng)人類可持續(xù)發(fā)展的新能源汽車過渡。這一轉(zhuǎn)變的技術(shù)基礎(chǔ)是車載電氣化技術(shù)的迅猛發(fā)展。即使在傳統(tǒng)汽車上，比如LED車燈和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向等已經(jīng)得到普遍應(yīng)用，電動(dòng)水泵、電動(dòng)空調(diào)和起停系統(tǒng)等正在推廣應(yīng)用中，汽車的低壓直流電源系統(tǒng)也在趨向統(tǒng)一的DC48V電壓體制。區(qū)別于傳統(tǒng)汽車，新能源汽車能夠以純電動(dòng)方式行駛。此功能的實(shí)現(xiàn)離不開車載驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)，由車載動(dòng)力蓄電池組供給高電壓直流電源。
　　在一個(gè)與路面相對封閉而運(yùn)動(dòng)的汽車系統(tǒng)中，無論是幾十瓦的車燈，還是上百千瓦的驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器，這些電氣系統(tǒng)的功率遠(yuǎn)大于信息與控制的電子系統(tǒng)。在各自不同的直流母線電壓作用下，車載電氣系統(tǒng)的電流較大，從幾安培到幾百安培。相應(yīng)地，車載電氣系統(tǒng)的功率半導(dǎo)體器件承載大電流，快速通斷，系統(tǒng)的發(fā)熱量、電磁干擾和電應(yīng)力大幅增加，使車載電源系統(tǒng)的載荷十分復(fù)雜，給汽車的安全性、可靠性和耐久性帶來了新的高度，形成了汽車設(shè)計(jì)、開發(fā)和制造技術(shù)的新課題。各個(gè)電氣系統(tǒng)，比如電機(jī)及其控制器的逆變裝置、高低壓DC/DC變換器的直流轉(zhuǎn)換裝置、動(dòng)力蓄電池組的車載充電裝置等，它們的電路拓?fù)浼捌淇刂品椒▽π履茉雌�車的�?dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性起到了關(guān)鍵的作用。
　　本書以新能源汽車的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為切入點(diǎn)，指出功率電子電路的逆變（DC/AC）、直流?直流變換（DC/DC）、整流（AC/DC）三大技術(shù)與新能源汽車節(jié)能減排的密切關(guān)系，集中梳理功率電子學(xué)的一些基本概念，介紹包括寬禁帶器件在內(nèi)的功率電子半導(dǎo)體器件的應(yīng)用特性，闡述以化學(xué)電池為直流電源的DC/DC、DC/AC和AC/DC電路的組成、結(jié)構(gòu)、原理，以及車載應(yīng)用。本書的分章節(jié)內(nèi)容如下：
　　第?1?章 介紹汽車電子化和電氣化的發(fā)展進(jìn)程，描述新能源汽車的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，闡述功率電子學(xué)的作用和地位，及其研究內(nèi)容。
　　第?2?章 基本概念。闡述功率電路的常用波形、半導(dǎo)體基礎(chǔ)、開關(guān)過程、續(xù)流、換流、硬開關(guān)、軟開關(guān)、脈寬調(diào)制、直流開關(guān)、電路的平均狀態(tài)和熱阻抗，將功率電子學(xué)的常用概念和基本方法集中介紹，提高學(xué)習(xí)的通順性。
　　第?3?章 器件的工作原理。闡述功率半導(dǎo)體器件的基本原理、工作特性和應(yīng)用技術(shù)，器件包括功率二極管、雙極結(jié)型功率晶體管、晶閘管、功率金屬氧化物場效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極型晶體管和寬禁帶器件。
　　第?4?章 直流變換技術(shù)。闡述DC/DC降壓、升壓和升降壓電路，它們是新能源汽車中兩個(gè)高電壓母線之間的電能轉(zhuǎn)換的技術(shù)基礎(chǔ)。同時(shí)詳細(xì)描述了隔離DC/DC和同步整流技術(shù)的電路原理。并且，以舉例或結(jié)構(gòu)圖方式指明DC/DC變換器在新能源汽車中的車載應(yīng)用。
　　第?5?章 逆變技術(shù)。闡述了單相和三相電壓源逆變器的電路工作原理，以及SVPWM產(chǎn)生方法，它是目前流行的交流電機(jī)控制器技術(shù)的電路及控制基礎(chǔ)。
　　第?6?章 整流技術(shù)。闡述不控整流電路、直流濾波電路、相控整流電路和PWM整流電路，并且簡要敘述了車載動(dòng)力蓄電池組的充電設(shè)施和方法。
　　第?7?章 針對新能源汽車的純電驅(qū)動(dòng)功能，介紹了純電驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，總結(jié)了純電動(dòng)汽車對驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器的機(jī)械特性要求，敘述了交流電動(dòng)機(jī)的工作原理和數(shù)學(xué)模型，闡述了交流電動(dòng)機(jī)的矢量控制方法和直接轉(zhuǎn)矩控制方法。并且，通過仿真模型及其結(jié)果說明交流電動(dòng)機(jī)的變頻變壓控制和矢量控制系統(tǒng)。
　　現(xiàn)有的電力電子學(xué)或電力電子技術(shù)書籍較多，涉及范圍廣泛，但對汽車的直流電源系統(tǒng)和電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)幾乎沒有闡述。電力系統(tǒng)習(xí)慣指工業(yè)電網(wǎng)的電子電氣系統(tǒng)，以區(qū)別于“電力電子”，本書將闡述與汽車技術(shù)相關(guān)的“電力電子”，研究車載電源之間電能變換的功率半導(dǎo)體器件、電路拓?fù)�、控制理論與方法。
　　本書面向從事新能源汽車（特別是電動(dòng)汽車）技術(shù)學(xué)習(xí)的學(xué)生和工程技術(shù)人員，著重描述了功率電子學(xué)在新能源汽車電源系統(tǒng)中的應(yīng)用，尤其是電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器、DC/DC變換器和車載充電機(jī)技術(shù)的功能組成、電路拓?fù)浜凸ぷ髟�理；力圖用圖、表和仿真模型幫助讀者理解功率電子學(xué)的基本概念、電路拓?fù)浼捌涔ぷ髟�理，采用PSIM軟件仿真功率電子電路波形；集中闡述功率電子學(xué)發(fā)展中形成的一些基本概念，這些概念往往包含了專業(yè)詞匯，希望能夠幫助初學(xué)者進(jìn)一步理解專業(yè)文獻(xiàn)。
　　在本書完稿之際，對書末所附參考文獻(xiàn)的作者等致以衷心的感謝！書中的引用不周之處，懇請同行學(xué)者海涵，幫助作者提出改正意見。由于作者學(xué)識有限，書中難免有疏漏和錯(cuò)誤，殷切希望研讀本書的讀者批評指正和諒解。
　　　 程夕明　張承寧　　2017年11月30日于北京理工大學(xué)