本書首先介紹了IGBT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，然后通過電路原型或基本模型推導(dǎo)出的IGBT變體形式。在此基礎(chǔ)上，探討了IGBT的封裝技術(shù)。本書還討論了IGBT電氣特性和熱問題，分析了IGBT的特殊應(yīng)用和并聯(lián)驅(qū)動(dòng)技術(shù)。這些分析還包括了IGBT的實(shí)際開關(guān)行為特性、電路布局、應(yīng)用實(shí)例以及設(shè)計(jì)規(guī)則。
前言自20世紀(jì)80年代以來，IGBT技術(shù)得到迅速發(fā)展。IGBT作為標(biāo)準(zhǔn)組件廣泛地應(yīng)用于功率范圍從幾百瓦到幾兆瓦的電力電子設(shè)備中。在IGBT的發(fā)展進(jìn)程中，IGBT的封裝形式多種多樣，如分立元件單管TO-247封裝、大功率模塊封裝以及其他同時(shí)包含IGBT、電子元器件、特定功能的復(fù)雜設(shè)計(jì)封裝。
本書的主要目的是使讀者能夠更容易地理解IGBT的基本特性以及IGBT和電力電子應(yīng)用之間的相互作用關(guān)系。有些著作往往忽略了IGBT的一些實(shí)用細(xì)節(jié)和專業(yè)知識(shí)，或者在某種程度上沒有清晰地解釋IGBT和實(shí)際應(yīng)用之間的關(guān)系。本書匯集了有關(guān)IGBT在電力電子應(yīng)用中的詳細(xì)資料，并通過作者在該領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充和完善。
本書首先介紹了IGBT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，然后通過電路原型或基本模型推導(dǎo)出的IGBT變體形式，并在此基礎(chǔ)上探討了IGBT的封裝技術(shù)。本書還討論了IGBT的電氣特性和熱問題，分析了IGBT的應(yīng)用特性、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、實(shí)際開關(guān)特性、電路布局、應(yīng)用實(shí)例以及設(shè)計(jì)規(guī)則。同時(shí)還考慮了電力電子應(yīng)用中涉及的工程測(cè)量技術(shù)和信號(hào)電子學(xué)。最后從電力電子裝置的質(zhì)量和可靠性方面探討了對(duì)IGBT和IGBT模塊的需求。
在各章的介紹中，本書試圖盡可能形象化地來表述，盡量避免采用過多的公式，所以本書的圖形和表格超過了500張。然而，如果公式能夠更清楚地解釋一些基本原理或者與常用的IGBT密切相關(guān)，也會(huì)采用公式來進(jìn)行表述。我們希望借此獲得理論分析和實(shí)踐應(yīng)用之間的平衡。
感謝我們的家人和朋友，因?yàn)楸緯ㄙM(fèi)了我們幾年有限的業(yè)余時(shí)間。
感謝LeoLorenz教授、JostWendt、HubertLudwig和MartinHierholzer,同時(shí)還要感謝英飛凌科技有限公司，正是在他們的幫助下本書才得以完成。
雖然作者已經(jīng)精心編寫本書，但是仍可能存在一些缺漏和錯(cuò)誤，歡迎批評(píng)和指正。
安德烈亞斯·福爾克麥克爾·郝康普瓦爾施泰因，2010年夏
譯者序
序
前言
第1章功率半導(dǎo)體1
11簡介1
111本征載流子濃度2
112摻雜4
113載流子在半導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)6
114載流子的產(chǎn)生與復(fù)合8
115PN結(jié)9
116反向擊穿12
117制造工藝13
12二極管16
121快恢復(fù)二極管17
122電源（整流）二極管19
123肖特基二極管19
124齊納二極管與雪崩二極管20
13晶閘管21
14雙極結(jié)型晶體管和場(chǎng)效應(yīng)晶體管22
141雙極結(jié)型晶體管（BJT）22
142場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）24
15絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）28
151穿通（PT）型IGBT32
152非穿通（NPT）型IGBT34
153場(chǎng)終止（FS）型IGBT35
154溝槽柵（Trench）IGBT35
155載流子儲(chǔ)存溝槽柵
雙極晶體管（CSTBTTM）37
156注入增強(qiáng)柵晶體管（IEGT）38
157溝槽柵場(chǎng)終止IGBT
（Trench-FSIGBT）38
158逆導(dǎo)型IGBT（RCIGBT）38
159IGBT集成的額外功能39
16前景展望41
17制造商43
本章參考文獻(xiàn)44
第2章IGBT器件結(jié)構(gòu)47
21簡介47
22IGBT模塊的材料48
221塑料框架48
222襯底50
223基板51
224塑模材料、環(huán)氧樹脂和硅膠52
23電氣鍵合工藝53
231內(nèi)部電氣連接技術(shù)54
232外部電氣連接技術(shù)60
24設(shè)計(jì)理念69
241標(biāo)準(zhǔn)IGBT模塊69
242壓接式IGBT69
243智能功率模塊（IPM）70
244IGBT模制模塊71
245分立式IGBT72
246套件73
25半導(dǎo)體的內(nèi)部并聯(lián)74
26低感設(shè)計(jì)76
27IGBT模塊的電路拓?fù)?7
28IGBT絕緣配合79
281電氣間隙和爬電距離80
282絕緣電壓82
283局部放電83
29制造商概覽84
本章參考文獻(xiàn)85
第3章電氣特性87
31簡介87
32二極管的正向特性94
33二極管的開關(guān)特性96
331二極管的開通96
332二極管的關(guān)斷98
34IGBT的正向特性101
35IGBT的開關(guān)特性103
351IGBT的開通特性103
352IGBT的關(guān)斷特性105
353柵極電荷和密勒效應(yīng)106
354NPTIGBT與溝槽柵IGBT關(guān)斷
特性比較分析107
36短路特性108
37阻斷特性111
38靜態(tài)和動(dòng)態(tài)雪崩擊穿112
39雜散電感113
310不同的半導(dǎo)體來源115
本章參考文獻(xiàn)116
第4章熱原理118
41簡介118
411定義118
412熱傳導(dǎo)119
413熱輻射123
414對(duì)流125
42材料以及導(dǎo)熱性能126
43熱模型131
44散熱器136
441空冷散熱器137
442液冷散熱器138
本章參考文獻(xiàn)140
第5章模塊數(shù)據(jù)手冊(cè)141
51簡介141
52IGBT141
53續(xù)流二極管144
54整流二極管（PIM/CIB模塊）145
55制動(dòng)斬波器（PIM/CIB模塊）145
56負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（可選）146
57模塊147
58圖表148
59電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)149
510封裝圖149
本章參考文獻(xiàn)150
第6章IGBT驅(qū)動(dòng)151
61簡介151
62信號(hào)傳輸152
621電平轉(zhuǎn)換152
622光電耦合器156
623脈沖變壓器157
624電容耦合器160
625光纖161
626總結(jié)162
63IGBT柵極驅(qū)動(dòng)器163
64驅(qū)動(dòng)器電源173
641自舉電路174
642DC－DC變換器176
643欠電壓閉鎖179
65耦合電容180
66影響開關(guān)特性的參數(shù)181
661柵極電阻181
662柵-射極的外接電容CG183
663柵極引線電感186
67保護(hù)措施187
671UCESat的監(jiān)控187
672集-射極鉗位195
673柵極鉗位204
674密勒鉗位207
675利用發(fā)射極的寄生電感209
676兩電平關(guān)斷210
677軟關(guān)斷212
68邏輯功能212
681最小脈沖抑制213
682死區(qū)生成和半橋互鎖213
683錯(cuò)誤消息，阻斷時(shí)間和故障
存儲(chǔ)214
69安全停止214
610并聯(lián)和串聯(lián)216
6101并聯(lián)216
6102串聯(lián)連接217
611三電平NPC電路217
612綜合性能和成本選擇驅(qū)動(dòng)器218
613制造商概述219
本章參考文獻(xiàn)219
第7章實(shí)際應(yīng)用中的開關(guān)特性221
71簡介221
72IGBT的控制電壓221
721正電壓控制221
722負(fù)電壓控制和0V關(guān)斷222
73最小開通時(shí)間225
74死區(qū)227
75開關(guān)速度228
76短路關(guān)斷229
77雜散電感的影響233
771換流通路雜散電感233
772柵極通路雜散電感235
78安全工作區(qū)236
781IGBT反偏安全工作區(qū)和短路
安全工作區(qū)236
782二極管安全工作區(qū)237
79IGBT反向阻斷電壓237
710集成碳化硅續(xù)流二極管的硅IGBT238
711降載開關(guān)和(準(zhǔn))諧振開關(guān)240
7111緩沖電路240
7112諧振開關(guān)244
本章參考文獻(xiàn)246
第8章IGBT模塊的并聯(lián)和串聯(lián)247
81簡介247
82并聯(lián)247
821靜態(tài)工作注意事項(xiàng)248
822動(dòng)態(tài)工作注意事項(xiàng)251
823柵極驅(qū)動(dòng)并聯(lián)253
824外部平衡組件并聯(lián)連接259
83串聯(lián)262
本章參考文獻(xiàn)264
第9章射頻振蕩265
91簡介265
92短路振蕩266
93IGBT關(guān)斷振蕩267
94拖尾電流振蕩268
本章參考文獻(xiàn)270
第10章機(jī)械安裝指導(dǎo)271
101簡介271
102連接技術(shù)271
1021電氣連接271
1022散熱器安裝和導(dǎo)熱硅脂272
1023直接冷卻模塊安裝276
103環(huán)境影響277
1031機(jī)械負(fù)載277
1032氣體和液體278
104運(yùn)輸與儲(chǔ)存279
本章參考文獻(xiàn)279
第11章基本電路與應(yīng)用實(shí)例280
111簡介280
112AC－DC整流器和制動(dòng)斬波器281
1121主動(dòng)前端287
1122維也納整流器288
113DC－DC變換器289
1131降壓型變換器290
1132升壓型變換器291
1133升降壓型變換器292
1134H橋電路293
114DC－AC逆變器294
1141電壓源逆變器294
1142多電平逆變器296
1143電流源逆變器299
1144Z源逆變器299
115AC－AC變換器303
116應(yīng)用舉例305
1161伺服驅(qū)動(dòng)305
1162不間斷電源305
1163太陽能逆變器307
1164風(fēng)能逆變器308
1165牽引逆變器310
1166開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)311
1167中壓逆變器312
本章參考文獻(xiàn)313
第12章信號(hào)測(cè)量和儀器315
121簡介315
122數(shù)字存儲(chǔ)示波器315
123電流測(cè)量317
1231基于無磁原理的電流測(cè)量318
1232基于電磁原理的電流測(cè)量325
124電壓測(cè)量330
125溫度測(cè)量332
126雙脈沖測(cè)試337
本章參考文獻(xiàn)340
第13章逆變器設(shè)計(jì)341
131簡介341
132逆變器的組成341
133電壓等級(jí)342
134寄生元件343
135直流母線344
136吸收電容346
137驅(qū)動(dòng)單元安裝348
138電氣間隙和爬電距離350
139電機(jī)電纜長度的影響350
1310濾波器352
13101電源濾波器352
13102直流母線濾波器353
13103輸出濾波器354
1311熔斷器355
1312調(diào)制算法的影響357
1313基本公式361
13131輸入整流361
13132輸出逆變362
13133直流母線362
本章參考文獻(xiàn)362
第14章質(zhì)量與可靠性364
141簡介364
142應(yīng)用中的失效機(jī)理365
143加速模型367
144型式試驗(yàn)和常規(guī)試驗(yàn)370
1441HTRB測(cè)試372
1442HTGS測(cè)試372
1443H3TRB測(cè)試372
1444TST373
1445TC測(cè)試373
1446PC測(cè)試374
145提高負(fù)載周次能力的措施376
1451CTE值匹配377
1452DCB377
1453低溫連接378
1454芯片焊層的擴(kuò)散焊接379
1455提高系統(tǒng)焊接層工藝379
1456直接鍵合陶瓷到基板379
1457銅綁定線380
146壽命計(jì)算382
147失效圖片385
1471工藝與機(jī)械原因所致的失效
圖像385
1472電和熱引起的失效圖像386
148宇宙粒子射線386
本章參考文獻(xiàn)388
附錄名詞術(shù)語縮寫390
第1章LED照明燈具基礎(chǔ)知識(shí)$1
11電光源基礎(chǔ)知識(shí)$1
12LED照明燈具常用術(shù)語$8
13LED照明設(shè)計(jì)$12
14LED基礎(chǔ)知識(shí)$14
15常用LED簡介$18
第2章LED射燈設(shè)計(jì)與檢測(cè)$29
21LED射燈簡介$29
22MR16射燈作業(yè)流程$36
23MR16射燈調(diào)光$40
24MR16射燈溫度測(cè)試與檢測(cè)$42
25PAR燈設(shè)計(jì)與作業(yè)流程$45
26PAR燈檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)操注意事項(xiàng)$54
27LED軌道燈設(shè)計(jì)與檢測(cè)$57
28LED斗膽燈簡介與檢測(cè)$65
29LED象鼻射燈簡介與檢測(cè)$69
210LED天花射燈簡介與檢測(cè)$71
第3章LED球泡燈設(shè)計(jì)與檢測(cè)$74
31LED球泡燈簡介$74
32LED球泡燈調(diào)光及調(diào)光知識(shí)介紹$76
33LED球泡燈散熱體、燈罩簡介$78
34LED球泡燈常用光源及布板方式
選擇$83
35LED球泡燈電源檢測(cè)$88
36LED球泡燈組裝及作業(yè)流程$90
37LED球泡燈檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)操
注意事項(xiàng)$92
38LED球泡燈CE認(rèn)證$97
第4章LED熒光燈設(shè)計(jì)與檢測(cè)$100
41傳統(tǒng)熒光燈簡介$100
42LED熒光燈組件（部件）簡介$101
43LED熒光燈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)$108
44LED熒光燈光源分布板及
鋁基板固定$112
45LED熒光燈設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)與技巧$113
46LED熒光燈及調(diào)光LED熒光燈
簡介$115
47LED熒光燈組裝與作業(yè)流程$120
48LED熒光燈檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)操
注意事項(xiàng)$129
49LED應(yīng)急熒光燈簡介與檢測(cè)$
410LED冷庫熒光燈簡介與檢測(cè)$140
第5章LED筒燈設(shè)計(jì)與檢測(cè)$142
51傳統(tǒng)筒燈介紹$142
52LED筒燈介紹$143
53LED筒燈常用光源簡介$146
54LED筒燈光學(xué)設(shè)計(jì)$148
55LED筒燈散熱設(shè)計(jì)$151
56LED筒燈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)$153
57LED筒燈調(diào)光知識(shí)簡介$155
58LED筒燈組裝與作業(yè)流程$157
59LED筒燈3C認(rèn)證或節(jié)能認(rèn)證要求$161
510LED筒燈常用尺寸及應(yīng)用場(chǎng)合$165
511LED筒燈檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)操
注意事項(xiàng)$166
512明裝LED筒燈簡介與檢測(cè)$172
第6章LED吸頂燈設(shè)計(jì)與檢測(cè)$176
61傳統(tǒng)吸頂燈簡介$176
62LED吸頂燈簡介$177
63LED吸頂燈部件簡介$178
64LED吸頂燈作業(yè)流程$187
65LED吸頂燈檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)操
注意事項(xiàng)$190
66LED應(yīng)急吸頂燈簡介與檢測(cè)$194
第7章LED面板燈設(shè)計(jì)與檢測(cè)$196
71LED面板燈簡介$196
72LED面板燈配件簡介$197
73LED面板燈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)$201
74LED面板燈組裝與作業(yè)流程$206
75LED面板燈檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)操
注意事項(xiàng)$211
76LED面板燈（鋁扣）簡介與檢測(cè)$217
第8章LED路燈設(shè)計(jì)與檢測(cè)$219
81道路照明要求$219
82LED路燈部件簡介$223
83LED路燈散熱器簡介$226
84LED路燈透鏡介紹與選擇$227
85LED路燈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析$231
86LED路燈檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)操注意事項(xiàng)$233
87LED加油站燈簡介與檢測(cè)$239
第9章LED隧道燈設(shè)計(jì)與檢測(cè)$241
91隧道照明特點(diǎn)$24192LED隧道燈簡介$244
93LED隧道燈常用光源簡介$246
94LED隧道燈結(jié)構(gòu)分析$248
95LED隧道燈散熱設(shè)計(jì)$249
96LED隧道燈光學(xué)設(shè)計(jì)$250
97LED隧道燈檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)操
注意事項(xiàng)$252
98LED投光燈設(shè)計(jì)與檢測(cè)$256
第10章LED工礦燈設(shè)計(jì)與檢測(cè)$267
101LED工礦燈簡介$267
102LED工礦燈配件簡介$270
103LED工礦燈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)$273
104LED工礦燈組裝及作業(yè)流程$276
105LED工礦燈安裝及注意事項(xiàng)$280
106LED工礦燈檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)操
注意事項(xiàng)$281
參考文獻(xiàn)$285
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