基本介紹
內容簡介,目錄,
內容簡介
《電力半導體器件原理與套用》力求從電力半導體器件套用的角度來詮釋和分析其基本原理和套用特性。全書共分為8章，第1章主要闡述電力半導體器件的基本功能和用途；第2章介紹半導體器件物理基礎，包括半導體與導體、絕緣體，原子中的電子能級，晶體中的能帶等；第3章闡述雙極型電力半導體器件基本原理，包括單pn結器件及多pn結特性；第4章介紹單極型及混合型器件電力半導體器件基本原理，涉及結型場效應器件、靜電感應器件、功率mosfet器件、混合型器件igbt和混合型器件igct等；第5章敘述電力半導體器件的特性和參數，包括雙穩態和雙瞬態的基本工作狀態，通態特性、阻態特性、開通過程、關斷過程、觸發特性以及系統安全工作區等；第6章重點分析了電力半導體器件套用特性，包括電力半導體器件的串、並聯使用、電力半導體器件可靠性和失效分析以及電力半導體器件的保護等；第7章進一步分析了變換器中電力半導體器件套用特性，著重考慮電力半導體器件與變換器中其他因素之間的關係；第8章介紹適用於變換器仿真的電力半導體器件建模，以為變換器主迴路最佳化設計所用。
《電力半導體器件原理與套用》可作為電機系統及其控制、電力電子與電力傳動等學科研究生專業課程的參考書，也可供從事電力電子技術套用的科技人員和有關科技管理人員參考。
目錄
電力電子新技術系列圖書序言
前言
第1章 緒論1
1.1 電力半導體器件的基本功能和用途1
1.2 電力半導體器件的基本分類和套用3
1.2.1 按照電力半導體器件控制特性分類3
1.2.2 按照電力半導體器件發展分類5
1.2.3 按照電力半導體器件驅動方式分類5
1.2.4 按照電力半導體器件中載流子性質分類6
1.3 di/dt和du/dt在電力半導體器件中的特殊意義8
1.4 電力半導體器件的發展11
參考文獻16
第2章 半導體器件的物理基礎17
2.1 半導體與導體、絕緣體17
2.2 原子中的電子能級19
2.2.1 孤立原子中的電子能級19
2.2.2 兩個原子之間的共價鍵22
2.3 晶體中的能帶24
2.3.1 晶體中的能級——能帶24
2.3.2 晶體中的禁頻寬度27
2.3.3 半導體的晶體結構28
2.4 本徵半導體與雜質半導體32
2.4.1 電子與空穴33
2.4.2 費米?狄拉克分布35
2.4.3 從本徵半導體到雜質半導體37
2.4.4 雜質半導體的關鍵參數41
2.5 半導體中的載流子運動44
2.5.1 電離與複合45
2.5.2 布朗運動45
2.5.3 漂移運動46
2.5.4 擴散運動48
參考文獻49
第3章 雙極型電力半導體器件基本原理51
3.1 單pn結器件運行原理51
3.1.1 pn結的基本結構51
3.1.2 平衡條件下的pn結53
3.1.3 偏置條件下的pn結56
3.2 pn結的運行特性62
3.2.1 pn結的擊穿與穿通62
3.2.2 pn結的電容效應65
3.2.3 pn結器件的電路特性66
3.3 pin器件運行原理67
3.3.1 pin二極體基本結構和正偏置下的行為67
3.3.2 pin二極體的恢復特性70
3.4 三層兩結器件運行原理72
3.4.1 雙極電晶體的基本結構72
3.4.2 雙極電晶體中pn結的相互作用74
3.5 四層三結器件運行原理76
3.5.1 晶閘管的基本結構77
3.5.2 晶閘管的基本工作原理78
3.5.3 gto的基本結構和基本工作原理82
參考文獻83
第4章 單極型及混合型電力半導體器件基本原理85
4.1 肖特基勢壘器件85
4.1.1 肖特基勢壘85
4.1.2 肖特基二極體的基本結構88
4.1.3 肖特基二極體的基本工作原理89
4.2 結型場效應器件和靜電感應器件92
4.2.1 結型場效應電晶體的基本結構93
4.2.2 結型場效應電晶體的基本工作原理94
4.2.3 靜電感應電晶體的基本結構和工作原理97
4.2.4 靜電感應晶閘管的基本結構和工作原理99
4.3 功率mosfet102
4.3.1 mos結構102
4.3.2 mosfet的基本結構104
4.3.3 mosfet的基本工作原理105
4.3.4 功率mosfet108
4.4 混合型器件igbt110
4.4.1 igbt的基本結構110
4.4.2 igbt的基本開關原理113
4.4.3 igbt結構的一些演變115
4.5 混合型器件igct118
4.5.1 igct的基本結構118
4.5.2 igct的工作原理120
參考文獻122
第5章 電力半導體器件的特性和參數124
5.1 雙穩態和雙瞬態的基本工作狀態124
5.1.1 特性與參數關係124
5.1.2 雙穩態與雙瞬態126
5.1.3 額定值與特徵值127
5.2 通態特性及其參數129
5.2.1 單極型器件的通態特性與參數129
5.2.2 雙極型和混合型器件的通態特性與參數131
5.2.3 通態中的電阻及並聯特性133
5.3 阻態特性及其參數135
5.3.1 器件的阻態特性及其參數135
5.3.2 陰極(陽極)短路發射極結構137
5.3.3 穿通與擊穿137
5.4 開通過程及參數140
5.4.1 器件開通的物理過程140
5.4.2 典型器件的開通過程142
5.4.3 放大門極結構(ag)145
5.5 關斷過程及其參數146
5.5.1 器件關斷的物理過程146
5.5.2 典型器件的關斷特性149
5.5.3 反向恢復特性151
5.6 觸發的類型和特性152
5.6.1 觸發過程的物理現象及參數152
5.6.2 典型器件的觸發特性及其參數154
5.7 器件特性及系統安全工作區158
5.7.1 電力半導體器件特性對比158
5.7.2 變換器系統安全工作區161
參考文獻164
第6章 電力半導體器件套用特性分析165
6.1 電力半導體器件的串、並聯使用165
6.1.1 電力半導體器件的並聯使用166
6.1.2 電力半導體器件的串聯使用171
6.2 電力半導體器件可靠性和失效分析178
6.2.1 電力半導體器件可靠性概述178
6.2.2 電力半導體器件失效分析180
6.2.3 igbt的失效分析182
6.2.4 igct的失效分析187
6.3 電力半導體器件的保護194
6.3.1 電力半導體器件保護簡述194
6.3.2 igbt的保護195
6.3.3 igct的保護199
參考文獻203
第7章 變換器中電力半導體器件套用特性分析205
7.1 電力電子變換器的基本換流行為205
7.1.1 變換器的常用拓撲結構206
7.1.2 理想基本拓撲單元及換流行為210
7.1.3 基於電力半導體特性的變換器換流行為214
7.2 吸收電路關鍵參數設計及最佳化219
7.2.1 線性吸收電路的假設和定義219
7.2.2 線性吸收電路的參數最佳化和分析222
7.2.3 igbt吸收電路226
7.2.4 igct吸收電路229
7.3 電力半導體器件特性的相互影響範例分析232
7.3.1 基於igct的三電平逆變器基本換流方式233
7.3.2 三電平逆變器中器件穩態特性相互影響235
7.3.3 三電平逆變器中器件暫態特性相互影響238
參考文獻242
第8章 適用於變換器仿真的電力半導體器件建模244
8.1 變換器仿真中的電力半導體器件建模244
8.1.1 對變換器仿真的基本理解244
8.1.2 變換器中器件建模分類246
8.1.3 半導體器件的基本物理現象247
8.1.4 半導體器件的基本仿真方法249
8.2 適用於變換器仿真的igbt模型250
8.2.1 igbt工作機理數學描述251
8.2.2 igbt模型的參數提取和模型實現254
8.2.3 實驗和仿真256
8.2.4 igbt模型的套用257
8.3 適用於變換器仿真的igct模型260
8.3.1 igct功能型模型簡述260
8.3.2 igct模型結構和參數求解260
8.3.3 igct仿真與實驗對比264
8.3.4 igct模型的套用266
8.4 變換器中的開關器件損耗計算以及熱路分析270
8.4.1 器件損耗及熱阻模型270
8.4.2 基於igbt的兩電平變換器損耗分析範例273
8.4.3 基於igct的三電平變換器損耗分析範例277
8.4.4 不同封裝器件熱路分析對比280
參考文獻282
