IGBT模块 技术 驱动和应用 中文版PDF电子书下载

第1章 功率半导体 1

1.1 简介 1

1.1.1 本征载流子浓度 2

1.1.2 掺杂 4

1.1.3 载流子在半导体中的运动 6

1.1.4 载流子的产生与复合 8

1.1.5 PN结 9

1.1.6 反向击穿 12

1.1.7 制造工艺 13

1.2 二极管 16

1.2.1 快恢复二极管 17

1.2.2 电源（整流）二极管 19

1.2.3 肖特基二极管 19

1.2.4 齐纳二极管与雪崩二极管 20

1.3 晶闸管 21

1.4 双极结型晶体管和场效应晶体管 22

1.4.1 双极结型晶体管（BJT） 22

1.4.2 场效应晶体管（FET） 24

1.5 绝缘栅双极型晶体管（IGBT） 28

1.5.1 穿通（PT）型IGBT 32

1.5.2 非穿通（NPT）型IGBT 34

1.5.3 场终止（FS）型IGBT 35

1.5.4 沟槽栅（Trench）IGBT 35

1.5.5 载流子储存沟槽栅双极晶体管（CSTBTTM） 37

1.5.6 注入增强栅晶体管（IEGT） 38

1.5.7 沟槽栅场终止IGBT（Trench-FS IGBT） 38

1.5.8 逆导型IGBT（RC IGBT） 38

1.5.9 IGBT集成的额外功能 39

1.6 前景展望 41

1.7 制造商 43

本章参考文献 44

第2章 IGBT器件结构 47

2.1 简介 47

2.2 IGBT模块的材料 48

2.2.1 塑料框架 48

2.2.2 衬底 50

2.2.3 基板 51

2.2.4 塑模材料、环氧树脂和硅胶 52

2.3 电气键合工艺 53

2.3.1 内部电气连接技术 54

2.3.2 外部电气连接技术 60

2.4 设计理念 69

2.4.1 标准IGBT模块 69

2.4.2 压接式IGBT 69

2.4.3 智能功率模块（IPM） 70

2.4.4 IGBT模制模块 71

2.4.5 分立式IGBT 72

2.4.6 套件 73

2.5 半导体的内部并联 74

2.6 低感设计 76

2.7 IGBT模块的电路拓扑 77

2.8 IGBT绝缘配合 79

2.8.1 电气间隙和爬电距离 80

2.8.2 绝缘电压 82

2.8.3 局部放电 83

2.9 制造商概览 84

本章参考文献 85

第3章 电气特性 87

3.1 简介 87

3.2 二极管的正向特性 94

3.3 二极管的开关特性 96

3.3.1 二极管的开通 96

3.3.2 二极管的关断 98

3.4 IGBT的正向特性 101

3.5 IGBT的开关特性 103

3.5.1 IGBT的开通特性 103

3.5.2 IGBT的关断特性 105

3.5.3 栅极电荷和密勒效应 106

3.5.4 NPT IGBT与沟槽栅IGBT关断特性比较分析 107

3.6 短路特性 108

3.7 阻断特性 111

3.8 静态和动态雪崩击穿 112

3.9 杂散电感 113

3.10 不同的半导体来源 115

本章参考文献 116

第4章 热原理 118

4.1 简介 118

4.1.1 定义 118

4.1.2 热传导 119

4.1.3 热辐射 123

4.1.4 对流 125

4.2 材料以及导热性能 126

4.3 热模型 131

4.4 散热器 136

4.4.1 空冷散热器 137

4.4.2 液冷散热器 138

本章参考文献 140

第5章 模块数据手册 141

5.1 简介 141

5.2 IGBT 141

5.3 续流二极管 144

5.4 整流二极管（PIM/CIB模块） 145

5.5 制动斩波器（PIM/CIB模块） 145

5.6 负温度系数热敏电阻（可选） 146

5.7 模块 147

5.8 图表 148

5.9 电路的拓扑结构 149

5.10 封装图 149

本章参考文献 150

第6章 IGBT驱动 151

6.1 简介 151

6.2 信号传输 152

6.2.1 电平转换 152

6.2.2 光电耦合器 156

6.2.3 脉冲变压器 157

6.2.4 电容耦合器 160

6.2.5 光纤 161

6.2.6 总结 162

6.3 IGBT栅极驱动器 163

6.4 驱动器电源 173

6.4.1 自举电路 174

6.4.2 DC-DC变换器 176

6.4.3 欠电压闭锁 179

6.5 耦合电容 180

6.6 影响开关特性的参数 181

6.6.1 栅极电阻 181

6.6.2 栅－射极的外接电容CG 183

6.6.3 栅极引线电感 186

6.7 保护措施 187

6.7.1 UCESat的监控 187

6.7.2 集－射极钳位 195

6.7.3 栅极钳位 204

6.7.4 密勒钳位 207

6.7.5 利用发射极的寄生电感 209

6.7.6 两电平关断 210

6.7.7 软关断 212

6.8 逻辑功能 212

6.8.1 最小脉冲抑制 213

6.8.2 死区生成和半桥互锁 213

6.8.3 错误消息，阻断时间和故障存储 214

6.9 安全停止 214

6.10 并联和串联 216

6.10.1 并联 216

6.10.2 串联连接 217

6.11 三电平NPC电路 217

6.12 综合性能和成本选择驱动器 218

6.13 制造商概述 219

本章参考文献 219

第7章 实际应用中的开关特性 221

7.1 简介 221

7.2 IGBT的控制电压 221

7.2.1 正电压控制 221

7.2.2 负电压控制和0V关断 222

7.3 最小开通时间 225

7.4 死区 227

7.5 开关速度 228

7.6 短路关断 229

7.7 杂散电感的影响 233

7.7.1 换流通路杂散电感 233

7.7.2 栅极通路杂散电感 235

7.8 安全工作区 236

7.8.1 IGBT反偏安全工作区和短路安全工作区 236

7.8.2 二极管安全工作区 237

7.9 IGBT反向阻断电压 237

7.10 集成碳化硅续流二极管的硅IGBT 238

7.11 降载开关和（准）谐振开关 240

7.11.1 缓冲电路 240

7.11.2 谐振开关 244

本章参考文献 246

第8章 IGBT模块的并联和串联 247

8.1 简介 247

8.2 并联 247

8.2.1 静态工作注意事项 248

8.2.2 动态工作注意事项 251

8.2.3 栅极驱动并联 253

8.2.4 外部平衡组件并联连接 259

8.3 串联 262

本章参考文献 264

第9章 射频振荡 265

9.1 简介 265

9.2 短路振荡 266

9.3 IGBT关断振荡 267

9.4 拖尾电流振荡 268

本章参考文献 270

第10章 机械安装指导 271

10.1 简介 271

10.2 连接技术 271

10.2.1 电气连接 271

10.2.2 散热器安装和导热硅脂 272

10.2.3 直接冷却模块安装 276

10.3 环境影响 277

10.3.1 机械负载 277

10.3.2 气体和液体 278

10.4 运输与储存 279

本章参考文献 279

第11章 基本电路与应用实例 280

11.1 简介 280

11.2 AC-DC整流器和制动斩波器 281

11.2.1 主动前端 287

11.2.2 维也纳整流器 288

11.3 DC-DC变换器 289

11.3.1 降压型变换器 290

11.3.2 升压型变换器 291

11.3.3 升降压型变换器 292

11.3.4 H桥电路 293

11.4 DC-AC逆变器 294

11.4.1 电压源逆变器 294

11.4.2 多电平逆变器 296

11.4.3 电流源逆变器 299

11.4.4 Z源逆变器 299

11.5 AC-AC变换器 303

11.6 应用举例 305

11.6.1 伺服驱动 305

11.6.2 不间断电源 305

11.6.3 太阳能逆变器 307

11.6.4 风能逆变器 308

11.6.5 牵引逆变器 310

11.6.6 开关磁阻电动机 311

11.6.7 中压逆变器 312

本章参考文献 313

第12章 信号测量和仪器 315

12.1 简介 315

12.2 数字存储示波器 315

12.3 电流测量 317

12.3.1 基于无磁原理的电流测量 318

12.3.2 基于电磁原理的电流测量 325

12.4 电压测量 330

12.5 温度测量 332

12.6 双脉冲测试 337

本章参考文献 340

第13章 逆变器设计 341

13.1 简介 341

13.2 逆变器的组成 341

13.3 电压等级 342

13.4 寄生元件 343

13.5 直流母线 344

13.6 吸收电容 346

13.7 驱动单元安装 348

13.8 电气间隙和爬电距离 350

13.9 电机电缆长度的影响 350

13.10 滤波器 352

13.10.1 电源滤波器 352

13.10.2 直流母线滤波器 353

13.10.3 输出滤波器 354

13.11 熔断器 355

13.12 调制算法的影响 357

13.13 基本公式 361

13.13.1 输入整流 361

13.13.2 输出逆变 362

13.13.3 直流母线 362

本章参考文献 362

第14章 质量与可靠性 364

14.1 简介 364

14.2 应用中的失效机理 365

14.3 加速模型 367

14.4 型式试验和常规试验 370

14.4.1 HTRB测试 372

14.4.2 HTGS测试 372

14.4.3 H3TRB测试 372

14.4.4 TST 373

14.4.5 TC测试 373

14.4.6 PC测试 374

14.5 提高负载周次能力的措施 376

14.5.1 CTE值匹配 377

14.5.2 DCB 377

14.5.3 低温连接 378

14.5.4 芯片焊层的扩散焊接 379

14.5.5 提高系统焊接层工艺 379

14.5.6 直接键合陶瓷到基板 379

14.5.7 铜绑定线 380

14.6 寿命计算 382

14.7 失效图片 385

14.7.1 工艺与机械原因所致的失效图像 385

14.7.2 电和热引起的失效图像 386

14.8 宇宙粒子射线 386

本章参考文献 388

附录 名词术语缩写 390