IGBT器件 物理、设计与应用

图书标准信息

• 作者 [美]贾扬·巴利加（B.Jayant Baliga） 著；韩雁 丁扣宝 张世峰 译
• 出版社 机械工业出版社
• 出版时间 2018-05
• 版次 1
• ISBN 9787111590378
• 定价 159.00元
• 装帧 平装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 449页
• 字数 773千字
• 丛书 电子科学与工程系列图书

【内容简介】

《IGBT器件——物理、设计与应用》从IGBT发明开始，介绍了IGBT的模型和基本工作原理、各种元胞结构、设计与制造工艺、封装与驱动、安全工作区等，并给出了在多达十几个行业中的具体应用，包括应用电路和参数指标等。本书内容深入浅出，适合电力电子、微电子、功率器件、功率IC设计与制造领域的研究人员、技术人员阅读，也可作为高等院校相关专业本科生和研究生的参考书。

【作者简介】

B.Jayant Baliga博士，北卡罗来纳州立大学“杰出大学教授”，美国国家工程院院士，IEEE会士。Baliga教授是国际公认的功率半导体器件领域的专家，发表了500多篇学术文章，拥有120项美国专利。他在IGBT概念、发展和商业化方面的工作得到了美国奥巴马总统的认可，获得了2011年美国国家技术创新奖章——这是美国政府授予工程师的高荣誉，以及2014年IEEE荣誉勋章——电气工程领域的高荣誉。

【目录】

译者序

 

原书序

 

原书前言

 

作者简介

 

第1章 绪论

 

1.1 IGBT应用范围

 

1.2 基本的IGBT器件结构

 

1.3 IGBT发展和商业化历史

 

1.4 功率等级的扩展

 

第2章 IGBT的结构和工作模式

 

2.1 对称的D-MOS结构

 

2.2 非对称的D-MOS结构

 

2.3 沟槽栅IGBT结构

 

2.4 透明集电极IGBT结构

 

2.5 新颖的IGBT结构

 

2.6 横向IGBT结构

 

2.7 互补的IGBT结构

 

第3章 IGBT结构设计

 

3.1 阈值电压

 

3.2 对称结构IGBT

 

3.2.1 阻断电压

 

3.2.2 开态特性

 

3.2.3 积累电荷

 

3.2.4 关断波形

 

3.2.5 关断损耗

 

3.2.6 能量损耗折中曲线

 

3.3 非对称结构IGBT

 

3.3.1 阻断电压

 

3.3.2 开态特性

 

3.3.3 积累电荷

 

3.3.4 关断波形

 

3.3.5 关断损耗

 

3.3.6 能量损耗折中曲线

 

3.4 透明集电极IGBT

 

3.4.1 阻断电压

 

3.4.2 开态特性

 

3.4.3 积累电荷

 

3.4.4 关断波形

 

3.4.5 关断损耗

 

3.4.6 能量损耗折中曲线

 

3.5 SiC IGBT

 

3.5.1 N型非对称SiC IGBT

 

3.5.2 阻断电压

 

3.5.3 导通电压降

 

3.5.4 关断特性

 

3.5.5 关断损耗

 

3.6 优化非对称结构SiC IGBT结构

 

3.6.1 优化结构设计

 

3.6.2 导通电压降

 

3.6.3 关断特性

 

3.6.4 能量损耗折中曲线

 

3.6.5 最大工作频率

 

第4章 安全工作区设计

 

4.1 寄生晶闸管

 

4.2 抑制寄生晶闸管

 

4.2.1 深P+扩散

 

4.2.2 减小栅氧化层厚度

 

4.2.3 空穴电流分流结构

 

4.2.4 器件元胞拓扑

 

4.2.5 抑制闩锁器件结构

 

4.3 安全工作区

 

4.3.1 正偏SOA

 

4.3.2 反偏SOA

 

4.3.3 短路SOA

 

4.4 新型硅器件结构

 

4.5 碳化硅器件

 

第5章 芯片设计?保护和制造

 

5.1 有源区

 

5.2 栅极压焊块设计

 

5.3 边界终端设计

 

5.4 集成传感器

 

5.4.1 过电流保护

 

5.4.2 过电压保护

 

5.4.3 过温保护

 

5.5 平面栅器件制造工艺

 

5.6 沟槽栅器件制造工艺

 

5.7 寿命控制

 

第6章 封装和模块设计

 

6.1 分立器件的封装

 

6.2 改进的分立器件封装

 

6.3 基本的功率模块

 

6.4 扁平封装的功率模块

 

6.5 无金属基板的功率模块

 

6.6 智能功率模块

 

6.6.1 双列直插型封装

 

6.6.2 智能功率单元

 

6.7 可靠性

 

第7章 门驱动电路设计

 

7.1 基本的门驱动

 

7.2 非对称的门驱动

 

7.3 两级门驱动

 

7.4 有源栅电压控制

 

7.5 可变的栅电阻驱动

 

7.6 数字的门驱动

 

第8章 IGBT模型

 

8.1 基于物理机制的电路模型

 

8.1.1 SABER NPT-IGBT电路模型

 

8.1.2 SABER PT-IGBT电路模型

 

8.1.3 SABER IGBT电热模型

 

8.1.4 SABER IGBT1模型

 

8.2 IGBT模拟行为模型

 

8.3 模型参数提取

 

第9章 IGBT应用：运输

 

9.1 汽油驱动的汽车

 

9.1.1 凯特林机械点火系统

 

9.1.2 电子点火系统

 

9.1.3 点火IGBT设计

 

9.1.4 双电压钳位的点火IGBT设计

 

9.1.5 智能点火IGBT设计

 

9.1.6 点火IGBT产品

 

9.2 电动和混合动力电动汽车

 

9.2.1 电动汽车逆变器设计

 

9.2.2 电动汽车IGBT芯片设计

 

9.2.3 电动汽车再生制动

 

9.3 电动汽车充电站

 

9.3.1 电动汽车充电要求

 

9.3.2 电动汽车充电电路

 

9.4 电动公共汽车

 

9.4.1 电动公共汽车控制电路

 

9.4.2 电动公共汽车充电

 

9.5 有轨电车和无轨电车

 

9.6 地铁和机场火车

 

9.7 电力机车

 

9.7.1 直流电源总线

 

9.7.2 交流电源总线

 

9.7.3 多系统电力机车

 

9.8 柴油电力机车

 

9.9 高速电气火车

 

9.9.1 电动机驱动拓扑结构

 

9.9.2 IGBT模块设计

 

9.10 船舶推进装置

 

9.10.1 滚装货轮

 

9.10.2 游轮

 

9.10.3 液化天然气运输船

 

9.10.4 船舶电路断路器

 

9.11 全电飞机

 

9.11.1 DC-DC转换器

 

9.11.2 DC-AC逆变器

 

9.11.3 机电飞机舵机执行器

 

9.11.4 无刷直流电动机驱动

 

9.11.5 IGBT模块

 

9.11.6 IGBT的宇宙射线失效

 

第10章 IGBT应用：工业

 

10.1 工业电动机驱动

 

10.2 用于电动机控制的可调速驱动

 

10.3 脉宽调制的可调速驱动

 

10.3.1 脉宽调制波形

 

10.3.2 功率损耗折中曲线

 

10.3.3 功率损耗分析

 

10.4 工厂自动化

 

10.4.1 互补的IGBT

 

10.4.2 P沟道IGBT设计

 

10.5 机器人

 

10.5.1 无电缆线的功率供给

 

10.5.2 工业机器人控制器

 

10.5.3 线性执行器

 

10.5.4 可移动的门式起重机机器人

 

10.6 焊接

 

10.6.1 巴克降压转换器

 

10.6.2 变压器耦合供电

 

10.6.3 双重效用电源

 

10.6.4 机器人弧焊

 

10.6.5 消耗性电极焊接

 

10.6.6 焊接用IGBT的优化

 

10.7 感应加热

 

10.7.1 锻造?退火和管状焊接

 

10.7.2 流体加热

 

10.7.3 金属熔化炉

 

10.7.4 用于感应加热的IGBT设计

 

10.8 铣削和钻孔机

 

10.8.1 高速铣削机

 

10.8.2 高速钻孔机

 

10.8.3 高速电火花加工

 

10.9 轧钢厂和造纸厂

 

10.9.1 金属行业

 

10.9.2 纸浆和造纸工业

 

10.10 静电除尘器

 

10.11 纺织厂

 

10.12 开采和挖掘

 

10.13 工业用IGBT的优化

 

第11章 IGBT应用：照明

 

11.1 三位一体白炽灯

 

11.2 紧凑型荧光灯

 

11.2.1 紧凑型荧光灯发光原理

 

11.2.2 半桥镇流器拓扑

 

11.2.3 功率晶体管的比较

 

11.2.4 自激镇流器拓扑

 

11.2.5 功率因数校正

 

11.2.6 用于紧凑型荧光灯中的分立IGBT设计

 

11.2.7 用于紧凑型荧光灯中的集成IGBT设计

 

11.3 发光二极管

 

11.3.1 LED驱动器

 

11.4 闪光灯

 

11.4.1 闪光电路

 

11.4.2 用于闪光灯的IGBT设计

 

11.4.3 专业闪光灯

 

11.5 氙短弧灯

 

11.5.1 汽车车头灯

 

11.5.2 电影院放映机

 

11.6 频闪成像

 

11.7 可调光源

 

11.8 快速热退火

 

第12章 IGBT应用：消费类电子

 

12.1 大型家用电器

 

12.1.1 空调（热泵）

 

12.1.2 电冰箱

 

12.1.3 洗衣机

 

12.1.4 微波炉

 

12.1.5 电磁炉

 

12.1.6 洗碗机

 

12.2 小型家用电器

 

12.2.1 便携式电磁炉和电饭煲

 

12.2.2 食物处理器（搅碎机，榨汁机，混合器）

 

12.2.3 真空吸尘器

 

12.3 电视机

 

12.3.1 带有阴极射线管的电视机

 

12.3.2 等离子电视机

 

12.3.3 预调节器电路

 

12.4 应用于消费类电子的IGBT优化

 

12.4.1 应用于电动机驱动的IGBT优化

 

12.4.2 应用于电磁炉的IGBT优化

 

12.4.3 应用于电视机的IGBT优化

 

12.4.4 应用于功率因数校正的IGBT优化

 

第13章 IGBT应用：医疗

 

13.1 X射线机

 

13.1.1 串并联谐振电源

 

13.1.2 双模电源

 

13.2 计算机断层扫描

 

13.2.1 脉宽调制谐振转换器电源

 

13.2.2 旋转机架中的谐振逆变器电源

 

13.2.3 固定机架中的谐振逆变器电源

 

13.3 磁共振成像

 

13.3.1 双并行四象限直流斩波功率放大器

 

13.3.2 四并行全桥功率放大器

 

13.3.3 堆叠式三桥功率放大器

 

13.3.4 多输出相移功率放大器

 

13.3.5 级联电压补偿电源

 

13.3.6 超级电容储能式电源

 

13.4 医学超声波检查

 

13.4.1 超声波检查原理

 

13.4.2 脉冲电源

 

13.5 除颤器

 

13.5.1 自动体外除颤器

 

13.5.2 自动体外除颤器中的能量产生和脉冲形成

 

13.5.3 植入式心律转复除颤器

 

13.5.4 用于外科手术的心律转复除颤器

 

13.6 医疗同步加速器

 

13.6.1 CNAO励磁线圈电源

 

13.6.2 群马励磁线圈电源

 

13.7 医疗激光

 

13.7.1 脉冲压缩网络电源

 

13.7.2 电容放电式电源

 

13.7.3 串并联变压器式电源

 

13.8 应用于医疗的IGBT设计

 

第14章 IGBT应用：国防

 

14.1 电力电子构建模块

 

14.1.1 PEBB-1?PEBB-2和PEBB-3

 

14.1.2 海上变频器

 

14.1.3 并联型有源电力滤波器

 

14.2 电动军舰

 

14.2.1 推进驱动选择

 

14.2.2 海军舰船的动力分布

 

14.2.3 固态传输开关

 

14.2.4 固态断路器

 

14.3 航空母舰

 

14.3.1 轨道炮炮弹发射器

 

14.3.2 飞机发射器

 

14.4 核动力与柴电潜艇

 

14.4.1 安静的电驱动

 

14.4.2 IGBT能量循环

 

14.5 军车

 

14.5.1 双向直流-直流转换器

 

14.6 空军喷气式飞机

 

14.6.1 电力分布架构

 

14.6.2 便携式轨道炮

 

14.7 导弹防御

 

14.7.1 雷达发射机

 

14.7.2 速调管雷达电源

 

14.7.3 多普勒雷达脉冲电源

 

14.7.4 灵活的镜面雷达

 

14.7.5 用于战区导弹防御的地面雷达

 

14.8 用于国防的IGBT

 

14.8.1 脉冲功率容量

 

14.8.2 可靠性

 

第15章 IGBT应用：可再生能源 

 

15.1 水力发电

 

15.1.1 大型电站

 

15.1.2 小型电站

 

15.1.3 分离电压和频率控制器

 

15.1.4 辅助发电单元

 

15.2 光伏能源

 

15.2.1 光伏逆变器的拓扑结构

 

15.2.2 基于高效高可靠性逆变器概念的光伏逆变器

 

15.2.3 三相光伏逆变器

 

15.2.4 非隔离交互式光伏逆变器

 

15.2.5 非隔离降压-升压光伏逆变器

 

15.2.6 光伏逆变器最大功率点跟踪电路

 

15.2.7 电流源光伏逆变器

 

15.2.8 三相电流源光伏逆变器

 

15.2.9 商业光伏转换器 

 

15.2.10 光伏能量存储

 

15.2.11 应用于光伏的IGBT

 

15.3 风能

 

15.3.1 风力发电机的配置

 

15.3.2 基本转换器的拓扑结构

 

15.3.3 海上风电安装

 

15.3.4 中国沿海风电安装

 

15.3.5 欧洲沿海风电安装

 

15.3.6 单机风电安装

 

15.3.7 应用于风电的IGBT

 

15.4 波浪能

 

15.4.1 鱼鹰波能

 

15.4.2 波龙能源

 

15.4.3 螺纹浮标能

 

15.5 潮汐能

 

15.6 地热能

 

15.6.1 发电体系结构

 

第16章 IGBT应用：电力传输

 

16.1 高压直流传输

 

16.2 高压直流组件

 

16.3 高压直流趋势

 

16.3.1 格拉茨桥

 

16.3.2 基于电流源转换器的高压直流拓扑

 

16.3.3 静态同步补偿器

 

16.4 交流电力传输

 

16.4.1 灵活的交流输电系统

 

16.4.2 静态无功补偿器

 

16.4.3 静态同步补偿器

 

16.4.4 轻型静态无功补偿器

 

16.4.5 在中国应用的静态无功补偿器和静态同步补偿器

 

16.4.6 城市的静态同步补偿器设计

 

16.5 高压直流背靠背转换器

 

16.6 离岸电力传输

 

16.6.1 石油钻井平台的电力传输

 

16.6.2 风电场输电

 

16.7 优质电力园区

 

16.8 应用于电力传输的IGBT设计

 

第17章 IGBT应用:金融

 

17.1 电源设备

 

17.2 电源可靠性和质量

 

17.3 动态电压恢复器

 

17.4 不间断电源

 

17.4.1 富士电机公司的200kV?A不间断电源

 

17.4.2 藤仓公司的10kV?A不间断电源

 

17.4.3 东芝公司的500kV?A不间断电源

 

17.4.4 汤浅公司的3kV?A不间断电源

 

17.4.5 大金公司的不间断电源

 

17.4.6 单级不间断电源拓扑

 

17.4.7 无变压器的300kV?A不间断电源

 

17.5 优质的电力园区

 

17.6 应用于不间断电源的IGBT设计

 

第18章 IGBT应用：其他

 

18.1 智能家居

 

18.1.1 智能插座和智能开关

 

18.1.2 智能功率模块

 

18.2 打印和复印机

 

18.3 感应电力传输

 

18.3.1 舞台照明

 

18.3.2 嵌入式电动车充电器

 

18.4 机场安全X射线扫描仪

 

18.5 脉冲电源

 

18.5.1 马克思高压脉冲发生器

 

18.5.2 离子注入

 

18.6 粒子物理

 

18.6.1 斯坦福直线加速器

 

18.6.2 国际直线对撞机

 

18.6.3 费米实验室主注入机

 

18.6.4 日本强子设施

 

18.6.5 欧洲核子研究中心的大型强子对撞机

 

18.7 脉冲激光器

 

18.8 食品杀菌

 

18.9 水处理

 

18.9.1 杀菌

 

18.9.2 海水淡化

 

18.9.3 污水处理

 

18.9.4 水管的污染

 

18.10 石油开采

 

18.10.1 油管加热

 

18.10.2 海下石油开采

 

18.10.3 阿萨巴斯卡油砂

 

18.11 石油化工装置

 

18.12 天然气液化

 

18.13 超导磁存储

 

18.14 核聚变能量

 

18.15 备用发电机

 

18.16 过山车

 

18.17 美国国家航空航天局

 

18.17.1 航天飞机主发动机推力控制

 

18.17.2 航天飞机轨道机动系统 

 

18.17.3 国际航天飞机配电

 

18.17.4 航天飞机动力分布

 

18.17.5 载人星际任务

 

18.17.6 低温电力电子

 

18.17.7 IGBT故障分析

 

第19章 IGBT社会影响

 

19.1 电子点火系统

 

19.1.1 燃油节省

 

19.1.2 消费者成本节省

 

19.1.3 二氧化碳减排

 

19.2 可调速电动机驱动

 

19.2.1 电能节省

 

19.2.2 电力成本节省

 

19.2.3 二氧化碳减排

 

19.3 紧凑型荧光灯

 

19.3.1 电能节省

 

19.3.2 电费节省

 

19.3.3 二氧化碳减排

 

第20章 总述

 

20.1 最先进的IGBT产品

 

20.2 宽禁带半导体器件

 

20.2.1 成本分析

 

附录 英文缩略语表