IGBT模組：技術、驅動和套用（中文版·原書第2版）

《IGBT模組：技術、驅動和套用（中文版·原書第2版）》是2020年1月機械工業出版社出版的圖書，作者是[德]安德列亞斯·福爾克（Andreas、Volke）、麥可·郝康普（Michael、Hornkamp）。

基本介紹

• 中文名：IGBT模組：技術、驅動和套用（中文版•原書第2版）
• 作者：[德]安德列亞斯•福爾克(Andreas、Volke）、麥可•郝康普（Michael、Hornkamp）
• 出版時間：2020年1月
• 出版社：機械工業出版社
• ISBN：9787111535669 
• 開本：16 開
• 裝幀：平裝

內容簡介

本書首先介紹了IGBT的內部結構，然後通過電路原型或基本模型推導出的IGBT變體形式。在此基礎上，探討了IGBT的封裝技術。本書還討論了IGBT電氣特性和熱問題，分析了IGBT的特殊套用和並聯驅動技術。這些分析還包括了IGBT的實際開關行為特性、電路布局、套用實例以及設計規則。

圖書目錄

譯者序

序

前言

第1章功率半導體1

1.1簡介1

1.1.1本徵載流子濃度2

1.1.2摻雜4

1.1.3載流子在半導體中的運動6

1.1.4載流子的產生與複合8

1.1.5PN結9

1.1.6反向擊穿12

1.1.7製造工藝13

1.2二極體16

1.2.1快恢復二極體17

1.2.2電源（整流）二極體19

1.2.3肖特基二極體19

1.2.4齊納二極體與雪崩二極體20

1.3晶閘管21

1.4雙極結型電晶體和場效應電晶體22

1.4.1雙極結型電晶體（BJT）22

1.4.2場效應電晶體（FET）24

1.5絕緣柵雙極型電晶體（IGBT）28

1.5.1穿通（PT）型IGBT32

1.5.2非穿通（NPT）型IGBT34

1.5.3場終止（FS）型IGBT35

1.5.4溝槽柵（Trench）IGBT35

1.5.5載流子儲存溝槽柵

雙極電晶體（CSTBTTM）37

1.5.6注入增強柵電晶體（IEGT）38

1.5.7溝槽柵場終止IGBT

（Trench-FSIGBT）38

1.5.8逆導型IGBT（RCIGBT）38

1.5.9IGBT集成的額外功能39

1.6前景展望41

1.7製造商43

本章參考文獻44

第2章IGBT器件結構47

2.1簡介47

2.2IGBT模組的材料48

2.2.1塑膠框架48

2.2.2襯底50

2.2.3基板51

2.2.4塑模材料、環氧樹脂和矽膠52

2.3電氣鍵合工藝53

2.3.1內部電氣連線技術54

2.3.2外部電氣連線技術60

2.4設計理念69

2.4.1標準IGBT模組69

2.4.2壓接式IGBT69

2.4.3智慧型功率模組（IPM）70

2.4.4IGBT模製模組71

2.4.5分立式IGBT72

2.4.6套件73

2.5半導體的內部並聯74

2.6低感設計76

2.7IGBT模組的電路拓撲77

2.8IGBT絕緣配合79

2.8.1電氣間隙和爬電距離80

2.8.2絕緣電壓82

2.8.3局部放電83

2.9製造商概覽84

本章參考文獻85

第3章電氣特性87

3.1簡介87

3.2二極體的正向特性94

3.3二極體的開關特性96

3.3.1二極體的開通96

3.3.2二極體的關斷98

3.4IGBT的正向特性101

3.5IGBT的開關特性103

3.5.1IGBT的開通特性103

3.5.2IGBT的關斷特性105

3.5.3柵極電荷和密勒效應106

3.5.4NPT IGBT與溝槽柵IGBT關斷

特性比較分析107

3.6短路特性108

3.7阻斷特性111

3.8靜態和動態雪崩擊穿112

3.9雜散電感113

3.10不同的半導體來源115

本章參考文獻116

第4章熱原理118

4.1簡介118

4.1.1定義118

4.1.2熱傳導119

4.1.3熱輻射123

4.1.4對流125

4.2材料以及導熱性能126

4.3熱模型131

4.4散熱器136

4.4.1空冷散熱器137

4.4.2液冷散熱器138

本章參考文獻140

第5章模組數據手冊141

5.1簡介141

5.2IGBT141

5.3續流二極體144

5.4整流二極體（PIM/CIB模組）145

5.5制動斬波器（PIM/CIB模組）145

5.6負溫度係數熱敏電阻（可選）146

5.7模組147

5.8圖表148

5.9電路的拓撲結構149

5.10封裝圖149

本章參考文獻150

第6章IGBT驅動151

6.1簡介151

6.2信號傳輸152

6.2.1電平轉換152

6.2.2光電耦合器156

6.2.3脈衝變壓器157

6.2.4電容耦合器160

6.2.5光纖161

6.2.6總結162

6.3IGBT柵極驅動器163

6.4驅動器電源173

6.4.1自舉電路174

6.4.2DC－DC變換器176

6.4.3欠電壓閉鎖179

6.5耦合電容180

6.6影響開關特性的參數181

6.6.1柵極電阻181

6.6.2柵-射極的外接電容CG183

6.6.3柵極引線電感186

6.7保護措施187

6.7.1UCESat的監控187

6.7.2集-射極鉗位195

6.7.3柵極鉗位204

6.7.4密勒鉗位207

6.7.5利用發射極的寄生電感209

6.7.6兩電平關斷210

6.7.7軟關斷212

6.8邏輯功能212

6.8.1最小脈衝抑制213

6.8.2死區生成和半橋互鎖213

6.8.3錯誤訊息，阻斷時間和故障

存儲214

6.9安全停止214

6.10並聯和串聯216

6.10.1並聯216

6.10.2串聯連線217

6.11三電平NPC電路217

6.12綜合性能和成本選擇驅動器218

6.13製造商概述219

本章參考文獻219

第7章實際套用中的開關特性221

7.1簡介221

7.2IGBT的控制電壓221

7.2.1正電壓控制221

7.2.2負電壓控制和0V關斷222

7.3最小開通時間225

7.4死區227

7.5開關速度228

7.6短路關斷229

7.7雜散電感的影響233

7.7.1換流通路雜散電感233

7.7.2柵極通路雜散電感235

7.8安全工作區236

7.8.1IGBT反偏安全工作區和短路

安全工作區236

7.8.2二極體安全工作區237

7.9IGBT反向阻斷電壓237

7.10集成碳化矽續流二極體的矽IGBT238

7.11降載開關和(準)諧振開關240

7.11.1緩衝電路240

7.11.2諧振開關244

本章參考文獻246

第8章IGBT模組的並聯和串聯247

8.1簡介247

8.2並聯247

8.2.1靜態工作注意事項248

8.2.2動態工作注意事項251

8.2.3柵極驅動並聯253

8.2.4外部平衡組件並聯連線259

8.3串聯262

本章參考文獻264

第9章射頻振盪265

9.1簡介265

9.2短路振盪266

9.3IGBT關斷振盪267

9.4拖尾電流振盪268

本章參考文獻270

第10章機械安裝指導271

10.1簡介271

10.2連線技術271

10.2.1電氣連線271

10.2.2散熱器安裝和導熱矽脂272

10.2.3直接冷卻模組安裝276

10.3環境影響277

10.3.1機械負載277

10.3.2氣體和液體278

10.4運輸與儲存279

本章參考文獻279

第11章基本電路與套用實例280

11.1簡介280

11.2AC－DC整流器和制動斬波器281

11.2.1主動前端287

11.2.2維也納整流器288

11.3DC－DC變換器289

11.3.1降壓型變換器290

11.3.2升壓型變換器291

11.3.3升降壓型變換器292

11.3.4H橋電路293

11.4DC－AC逆變器294

11.4.1電壓源逆變器294

11.4.2多電平逆變器296

11.4.3電流源逆變器299

11.4.4Z源逆變器299

11.5AC－AC變換器303

11.6套用舉例305

11.6.1伺服驅動305

11.6.2不間斷電源305

11.6.3太陽能逆變器307

11.6.4風能逆變器308

11.6.5牽引逆變器310

11.6.6開關磁阻電動機311

11.6.7中壓逆變器312

本章參考文獻313

第12章信號測量和儀器315

12.1簡介315

12.2數字存儲示波器315

12.3電流測量317

12.3.1基於無磁原理的電流測量318

12.3.2基於電磁原理的電流測量325

12.4電壓測量330

12.5溫度測量332

12.6雙脈衝測試337

本章參考文獻340

第13章逆變器設計341

13.1簡介341

13.2逆變器的組成341

13.3電壓等級342

13.4寄生元件343

13.5直流母線344

13.6吸收電容346

13.7驅動單元安裝348

13.8電氣間隙和爬電距離350

13.9電機電纜長度的影響350

13.10濾波器352

13.10.1電源濾波器352

13.10.2直流母線濾波器353

13.10.3輸出濾波器354

13.11熔斷器355

13.12調製算法的影響357

13.13基本公式361

13.13.1輸入整流361

13.13.2輸出逆變362

13.13.3直流母線362

本章參考文獻362

第14章質量與可靠性364

14.1簡介364

14.2套用中的失效機理365

14.3加速模型367

14.4型式試驗和常規試驗370

14.4.1HTRB測試372

14.4.2HTGS測試372

14.4.3H3TRB測試372

14.4.4TST373

14.4.5TC測試373

14.4.6PC測試374

14.5提高負載周次能力的措施376

14.5.1CTE值匹配377

14.5.2DCB377

14.5.3低溫連線378

14.5.4晶片焊層的擴散焊接379

14.5.5提高系統焊接層工藝379

14.5.6直接鍵合陶瓷到基板379

14.5.7銅綁定線380

14.6壽命計算382

14.7失效圖片385

14.7.1工藝與機械原因所致的失效

圖像385

14.7.2電和熱引起的失效圖像386

14.8宇宙粒子射線386

本章參考文獻388

附錄名詞術語縮寫390

第1章LED照明燈具基礎知識$1

1.1電光源基礎知識$1

1.2LED照明燈具常用術語$8

1.3LED照明設計$12

1.4LED基礎知識$14

1.5常用LED簡介$18

第2章LED射燈設計與檢測$29

2.1LED射燈簡介$29

2.2MR16射燈作業流程$36

2.3MR16射燈調光$40

2.4MR16射燈溫度測試與檢測$42

2.5PAR燈設計與作業流程$45

2.6PAR燈檢驗標準及實操注意事項$54

2.7LED軌道燈設計與檢測$57

2.8LED斗膽燈簡介與檢測$65

2.9LED象鼻射燈簡介與檢測$69

2.10LED天花射燈簡介與檢測$71

第3章LED球泡燈設計與檢測$74

3.1LED球泡燈簡介$74

3.2LED球泡燈調光及調光知識介紹$76

3.3LED球泡燈散熱體、燈罩簡介$78

3.4LED球泡燈常用光源及布板方式

選擇$83

3.5LED球泡燈電源檢測$88

3.6LED球泡燈組裝及作業流程$90

3.7LED球泡燈檢驗標準及實操

注意事項$92

3.8LED球泡燈CE認證$97

第4章LED螢光燈設計與檢測$100

4.1傳統螢光燈簡介$100

4.2LED螢光燈組件（部件）簡介$101

4.3LED螢光燈結構設計$108

4.4LED螢光燈光源分布板及

鋁基板固定$112

4.5LED螢光燈設計注意事項與技巧$113

4.6LED螢光燈及調光LED螢光燈

簡介$115

4.7LED螢光燈組裝與作業流程$120

4.8LED螢光燈檢驗標準及實操

注意事項$129

4.9LED應急螢光燈簡介與檢測$

4.10LED冷庫螢光燈簡介與檢測$140

第5章LED筒燈設計與檢測$142

5.1傳統筒燈介紹$142

5.2LED筒燈介紹$143

5.3LED筒燈常用光源簡介$146

5.4LED筒燈光學設計$148

5.5LED筒燈散熱設計$151

5.6LED筒燈結構設計$153

5.7LED筒燈調光知識簡介$155

5.8LED筒燈組裝與作業流程$157

5.9LED筒燈3C認證或節能認證要求$161

5.10LED筒燈常用尺寸及套用場合$165

5.11LED筒燈檢驗標準及實操

注意事項$166

5.12明裝LED筒燈簡介與檢測$172

第6章LED吸頂燈設計與檢測$176

6.1傳統吸頂燈簡介$176

6.2LED吸頂燈簡介$177

6.3LED吸頂燈部件簡介$178

6.4LED吸頂燈作業流程$187

6.5LED吸頂燈檢驗標準及實操

注意事項$190

6.6LED應急吸頂燈簡介與檢測$194

第7章LED面板燈設計與檢測$196

7.1LED面板燈簡介$196

7.2LED面板燈配件簡介$197

7.3LED面板燈結構設計$201

7.4LED面板燈組裝與作業流程$206

7.5LED面板燈檢驗標準及實操

注意事項$211

7.6LED面板燈（鋁扣）簡介與檢測$217

第8章LED路燈設計與檢測$219

8.1道路照明要求$219

8.2LED路燈部件簡介$223

8.3LED路燈散熱器簡介$226

8.4LED路燈透鏡介紹與選擇$227

8.5LED路燈結構設計分析$231

8.6LED路燈檢驗標準及實操注意事項$233

8.7LED加油站燈簡介與檢測$239

第9章LED隧道燈設計與檢測$241

9.1隧道照明特點$2419.2LED隧道燈簡介$244

9.3LED隧道燈常用光源簡介$246

9.4LED隧道燈結構分析$248

9.5LED隧道燈散熱設計$249

9.6LED隧道燈光學設計$250

9.7LED隧道燈檢驗標準及實操

注意事項$252

9.8LED投光燈設計與檢測$256

第10章LED工礦燈設計與檢測$267

10.1LED工礦燈簡介$267

10.2LED工礦燈配件簡介$270

10.3LED工礦燈結構設計$273

10.4LED工礦燈組裝及作業流程$276

10.5LED工礦燈安裝及注意事項$280

10.6LED工礦燈檢驗標準及實操

注意事項$281

參考文獻$285

作者簡介

Andreas Volke畢業於索斯特套用科技大學電力能源技術專業，畢業後成為硬體軟體開發工程師。1997年任職於西門子，職位為優選部署調試工程師。2003年加入英飛凌，負責亞太區工業、汽車和消費類套用的IGBT模組和驅動器的套用工程。2012年成為PowerInIegrations高壓套用工程部門的領導，該部門主要負責顧客定製驅動器設計和傘球技術支持。