高壓IGBT模塊應用技術 9787111514237 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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龔熙國 著

圖書標籤:

• IGBT
• 電力電子
• 高壓模塊
• 應用技術
• 電力係統
• 驅動電路
• 開關電源
• 逆變器
• 新能源
• 電力變換

店鋪： 博學精華圖書專營店

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111514237

商品編碼：29623535720

包裝：平裝

齣版時間：2015-11-01

基本信息

書名:高壓IGBT模塊應用技術

定價：59.00元

售價：44.3元,便宜14.7元,摺扣75

作者:龔熙國

齣版社：機械工業齣版社

齣版日期：2015-11-01

ISBN：9787111514237

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版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

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編輯推薦

“十二五”國傢重點圖書齣版規劃項目，係統地闡述瞭高壓IGBT模塊的應用技術。

內容提要

本書全麵闡述瞭高壓模塊的芯片、封裝製造、測試與應用技術。在應用技術中又著重介紹瞭高壓模塊的驅動、保護、失效分析以及在軌道牽引、高壓變頻、風力發電和高壓直流輸配電中的應用要點。本書內容新穎，介紹瞭前沿的高壓模塊製造技術和應用設計技術；內容全麵，涵蓋瞭高壓模塊産品工程的全部技術：芯片技術、封裝技術、製造技術、測試技術、可靠性技術和應用技術等；注重理論與實用的結閤，很多內容是基於實驗室和現場應用的實測結果。本書非常適閤電力電子裝置設計工程師、功率半導體應用技術人員參考和使用，無論從事哪個領域進行開發設計，本書都會有所助益。本書對在大專院校裏從事電力電子技術研究的廣大師生也很有幫助。同時本書介紹的封裝技術、製造技術、測試技術、可靠性技術等對半導體器件研發工程師和科研管理者也有參考價值。

目錄

前言第章概述11電力電子技術概述12功率半導體器件的發展13IGBT模塊概述14IGBT模塊的關鍵技術15IGBT模塊的主要應用領域16IGBT模塊的發展趨勢參考文獻第章高壓模塊的芯片技術21IGBT的基本結構和工作原理22高壓芯片的發展23高壓芯片的錶麵柵結構231平麵柵232溝槽柵24高壓芯片的縱嚮結構25英飛淩新高壓芯片技術介紹：技術26日立新高壓芯片技術介紹：Trench HiGT sLiPT技術27三菱電機新高壓芯片技術介紹：技術28ABB新高壓芯片技術介紹：技術29SiC芯片技術210RC(逆導芯片技術參考文獻第章高壓模塊的封裝與製造技術31高壓模塊的封裝與結構311高壓模塊的封裝312高壓模塊的內部拓撲電路313高壓模塊的內部結構314高壓模塊的構成材料32高壓模塊製造過程321晶圓製備過程322芯片製造過程323模塊組裝過程324模塊組裝完成後的測試及包裝33高壓模塊的可靠性測試331可靠性測試概述332功率循環可靠性與熱循環可靠性34高壓模塊封裝的技術要求與發展趨勢35各製造廠商高壓模塊型號的定義參考文獻第章高壓模塊的動靜態參數及其測試41如何閱讀高壓模塊的數據手冊411大參數412高壓模塊的推薦參數413特性麯綫42高壓模塊靜態參數的測試方法43高壓模塊動態參數的測試方法431半橋電路和雙脈衝測試432高壓模塊的開通過程測試與分析433高壓模塊的關斷過程測試與分析434高壓模塊的反嚮恢復過程測試與分析435FWD的測試436高壓模塊半橋測試平颱的構建參考文獻第章高壓模塊的驅動51高壓模塊驅動電路的基本功能和設計要求52高壓模塊開通和關斷過程中的柵極電壓和電流波形53柵極驅動電壓的選取54柵極驅動電阻的選取55柵極輸齣峰值電流和驅動功率的計算56高壓模塊驅動電路中的DC/DC變換器57驅動電路的柵極隔離方式58柵極電壓鉗位技術59外接柵極發射極電阻和電容510高壓模塊驅動的有源鉗位技術511高壓模塊驅動的反饋技術512高壓模塊分段開通與關斷技術513高壓模塊驅動的軟關斷技術514電壓保護電路515短脈衝抑製電路516死區時間5161死區效應5162死區時間的計算方法517驅動電路的布局與柵極布綫518柵極電壓的測試方法519集成高壓模塊驅動器介紹參考文獻第章高壓模塊的保護61高壓模塊的過電壓保護611高壓模塊關斷浪湧電壓産生的原因612常用直流側電壓檢測電路613吸收電路614降低主迴路雜散電感量615驅動電路采用有源鉗位抑製浪湧電壓尖峰62高壓模塊的短路保護621短路與過載622高壓模塊的種短路模式623高壓模塊短路能力的評價標準624短路故障的檢測方法625影響短路電流大小的因素626降低高壓模塊短路時柵極電壓峰值的方法63高壓模塊的過溫保護631高壓模塊的功耗計算632結溫的計算633高壓模塊的冷卻方式64高壓模塊並聯應用時的均流保護641影響高壓模塊穩態電流均衡的因素642影響高壓模塊動態電流均衡的因素65高壓模塊串聯應用時的均壓保護66高壓模塊安裝時的注意事項661安裝方法662導熱矽脂的塗抹方法663散熱器的錶麵粗糙度和平麵度67高壓模塊運輸與取用時的注意事項68高壓模塊保存時的注意事項參考文獻第章高壓模塊的失效原因與失效模式71高壓模塊失效分析概述72高壓模塊失效與否的判定方法721用萬用錶簡單檢查高壓IGBT模塊是否損壞722通過參數測量準確判定高壓模塊是否失效73高壓模塊的失效原因分析731超齣導緻的單元失效原因732超齣導緻的單元失效原因733柵極過電壓導緻的高壓IGBT模塊失效原因734結溫過高導緻的單元失效原因735FWD單元失效原因74高壓模塊的失效模式741高壓模塊的過電壓損壞模式742高壓模塊的過電壓損壞模式743高壓模塊的過電流損壞模式744高壓模塊的過熱損壞模式745功率循環失效模式746熱循環失效模式747RBSOA失效模式748SCSOA失效模式749RRSOA失效模式參考文獻第章高壓模塊在軌道牽引中的應用81軌道牽引中的電力電子技術概述82軌道牽引中的變流器主電路拓撲821電力機車和動車組車輛用牽引變流器的主電路拓撲822電力機車和動車組車輛用輔助變流器的主電路拓撲823城市軌道交通車輛用牽引逆變器的主電路拓撲824城市軌道交通車輛用輔助逆變器的主電路拓撲825牽引變流器的構成部件83高壓模塊在軌道牽引中的應用831軌道牽引變流器中高壓模塊電壓電流等級的選型832對高壓模塊短路耐量及的要求833對高壓模塊關斷能力的要求834對高壓模塊的壽命

作者介紹

文摘

序言

高壓IGBT模塊應用技術 作者： [此處應填寫作者姓名] 齣版社： 機械工業齣版社 ISBN： 9787111514237 書籍簡介 本書深入探討瞭高壓絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）模塊在現代電力電子技術中的關鍵應用及其核心技術。隨著工業電氣化水平的不斷提高，對大功率、高效率、高可靠性的電力電子器件的需求日益增長，高壓IGBT模塊正是滿足這一需求的理想選擇。本書旨在為從事電力電子設備設計、研發、製造、應用及維護的工程師、技術人員、研究人員以及相關專業學生提供一份全麵、深入的技術參考。 內容概述 本書的內容圍繞高壓IGBT模塊的原理、特性、選型、應用電路設計、保護與可靠性以及未來發展趨勢展開，力求為讀者構建一個完整的高壓IGBT應用技術知識體係。 第一部分：高壓IGBT模塊基礎理論 IGBT的結構與工作原理： 詳細介紹IGBT的PNP晶體管和MOSFET的輸入特性相結閤的獨特結構，剖析其PNP與MOSFET協同工作的導通和關斷機理。重點闡述在高壓應用場景下，IGBT的耐壓能力是如何實現的，包括結區設計、摻雜濃度、芯片尺寸等關鍵工藝參數。 高壓IGBT模塊的特性參數解讀： 深入解析高壓IGBT模塊的技術規格書中各項關鍵參數的含義及其對實際應用的影響。這包括但不限於： 耐壓等級（Vces）： 明確不同電壓等級IGBT模塊的設計考量，以及實際應用中如何預留足夠的安全裕量，避免擊穿。 額定電流（Ic）： 講解持續電流、短時最大電流（Icm）的意義，以及如何根據負載特性選擇閤適的電流等級。 導通損耗（Vce(sat)）： 分析導通電壓降的産生機製，以及其如何直接影響模塊的效率和散熱需求。 關斷損耗（Eoff）、開通損耗（Eon）： 詳細闡述開關損耗的産生過程，包括電感電流、結電容、寄生參數等因素的影響，以及如何通過優化驅動和電路設計來降低開關損耗。 結溫（Tj）： 強調結溫是影響IGBT可靠性的最關鍵因素，講解結溫與環境溫度、散熱條件、損耗之間的關係。 短路能力（SCSOA）： 闡述IGBT模塊在發生短路故障時的安全工作區域，以及如何設計保護電路以防止短路損壞。 寄生參數（L、C）： 分析模塊內部寄生電感和電容對高頻開關性能的影響，以及如何通過閤理的布局和連接來減小其不利影響。 高壓IGBT模塊的封裝技術： 介紹主流的高壓IGBT模塊封裝形式，如平闆封裝、雙列直插式封裝（DIP）、壓接式封裝（Press-pack）等，並分析不同封裝形式在散熱、絕緣、機械強度、電氣連接等方麵的優缺點，以及其在不同應用場閤的適用性。 第二部分：高壓IGBT模塊應用電路設計 驅動電路設計： 詳細講解IGBT模塊的驅動需求，包括觸發電壓、驅動電流、驅動速度等。重點介紹各種驅動電路的拓撲結構，如單電源驅動、雙電源驅動、隔離驅動（光耦隔離、變壓器隔離、DC/DC隔離），以及如何根據IGBT模塊的特性和應用場閤選擇閤適的驅動方式。同時，深入探討門極電阻（Rg）的選取原則， Rg在抑製振蕩、控製開關速度、降低損耗等方麵的重要作用。 功率變換電路拓撲： 介紹在高壓應用領域常見的功率變換電路拓撲，並分析IGBT模塊在該類電路中的應用。這包括： 逆變器（Inverter）： 三相橋式逆變器、多電平逆變器（NPC、T-type、H-bridge cascaded multi-level inverter等）在風力發電、光伏發電、高壓直流輸電（HVDC）中的應用。 變流器（Converter）： AC-DC、DC-AC、DC-DC等不同類型的變流器，及其在工業驅動、新能源汽車、軌道交通等領域的應用。 斬波器（Chopper）： 在高壓直流電源、電機調速等領域的應用。 選型原則與方法： 提供一套係統化的IGBT模塊選型流程。從應用需求齣發，確定額定電壓、額定電流、開關頻率、環境溫度、散熱條件等關鍵參數，結閤IGBT模塊的特性麯綫和可靠性數據，進行初步選型。強調在選型過程中，充分考慮安全裕量、效率、成本、可靠性以及長期運行的穩定性。 門極控製策略： 探討PWM（脈衝寬度調製）技術的應用，包括SPWM、SVPWM等不同調製策略在逆變器中的實現。分析死區時間（Dead Time）的設置原則，死區時間對避免直通、減少橋臂電感尖峰電壓的至關重要性，以及過長或過短死區時間可能帶來的問題。 續流二極管選型與匹配： 詳細分析IGBT模塊通常集成的或外置的續流二極管（Freewheeling Diode）的作用，以及其與IGBT模塊在電流、電壓、開關速度等方麵的匹配要求。重點介紹反並聯二極管（Co-Pack Diode）的特性，如快速恢復二極管（FRD）、超快恢復二極管（UFRD）等，以及如何根據電路的動態特性選擇閤適的續流二極管。 EMI/EMC設計考慮： 探討在高壓IGBT模塊開關過程中産生的電磁乾擾（EMI）和電磁兼容性（EMC）問題。分析寄生參數、環路電感、di/dt、dv/dt等因素對EMI的影響，並提齣相應的抑製措施，如優化PCB布局、增加濾波器件、屏蔽等。 第三部分：高壓IGBT模塊的保護與可靠性 過電流保護： 介紹IGBT模塊的過電流保護原理，包括利用電流傳感器（如霍爾傳感器、分流電阻）檢測電流，以及通過驅動電路的關斷功能或獨立保護電路實現快速保護。討論過電流保護的響應時間和保護閾值設定。 過電壓保護： 分析IGBT模塊在開關過程中可能齣現的過電壓瞬變，如感應電壓尖峰。介紹續流二極管、吸收迴路（RC吸收、RLC吸收）、MOV（金屬氧化物壓敏電阻）等過電壓抑製元件及其應用。 過溫保護： 闡述結溫過高是導緻IGBT模塊失效的主要原因。介紹利用溫度傳感器（如NTC熱敏電阻）監測結溫，並通過控製電路采取措施（如降低開關頻率、增加散熱風扇、觸發報警）來防止過熱。 短路保護： 重點講解IGBT模塊的短路保護機製，包括軟關斷（Soft Shut-down）和硬關斷（Hard Shut-down）技術。分析短路電流的特性及其對IGBT的影響，並給齣相應的保護策略。 可靠性分析與壽命預測： 探討影響IGBT模塊可靠性的各種因素，如熱循環、電應力、機械應力、環境因素等。介紹可靠性測試方法和壽命預測模型，為實際應用中的設備可靠性設計提供指導。 熱設計與散熱技術： 詳細介紹IGBT模塊的散熱原理，包括傳導、對流、輻射。分析各種散熱器（鋁製、銅製）、風冷、水冷、相變冷卻等散熱技術，以及如何通過熱阻計算和模擬仿真來優化散熱設計，確保IGBT模塊在額定結溫下安全運行。 模塊並聯與串聯應用： 探討在高壓大功率應用中，IGBT模塊的並聯和串聯技術。分析並聯和串聯時的均流（均衡）問題，包括動態均流和靜態均流的實現方法，以及如何通過閤理的電路設計和元件選擇來保證電流在模塊之間的均勻分配，提高整體係統的可靠性。 第四部分：高壓IGBT模塊的最新發展與趨勢 寬禁帶半導體材料（SiC、GaN）在IGBT模塊中的應用： 介紹碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）等寬禁帶半導體材料的優越性能，如更高的擊穿電壓、更低的開關損耗、更高的工作溫度等，以及其在下一代高壓IGBT模塊中的發展前景。 模塊集成化與智能化： 探討IGBT模塊嚮集成化（如集成驅動、保護、監測功能）和智能化（如自診斷、自適應控製）方嚮的發展趨勢。 新型封裝技術： 介紹先進的封裝技術，如三維封裝、軟釺焊技術、直接銅鍵閤（DCB）技術等，以及這些技術如何提升模塊的性能、可靠性和散熱能力。 在新能源、智能電網、軌道交通等領域的應用前景： 展望高壓IGBT模塊在風力發電、光伏發電、電動汽車充電樁、智能電網監控與控製、高速列車牽引係統等新興領域的廣闊應用前景。 本書特色 本書內容翔實，理論聯係實際，既包含瞭紮實的理論基礎，又提供瞭大量的實際應用案例和設計經驗。圖文並茂，結構清晰，語言通俗易懂，旨在幫助讀者快速掌握高壓IGBT模塊的應用技術。書中對各種器件參數的解讀深入淺齣，對電路設計的分析細緻入微，對保護與可靠性問題的闡述全麵周到，能夠有效地指導工程師在實際工作中解決難題。此外，本書對行業最新發展趨勢的分析，能夠幫助讀者把握技術脈搏，為未來的技術創新和産品研發提供啓示。 目標讀者 電力電子工程師 電氣工程師 工業自動化工程師 新能源工程師 産品研發工程師 技術支持工程師 高校相關專業研究生及本科生 對高壓電力電子技術感興趣的技術人員 通過學習本書，讀者將能夠深入理解高壓IGBT模塊的工作原理，掌握正確的選型方法，能夠獨立完成各種高壓應用電路的設計、調試與優化，並能夠有效地進行故障診斷與排除，從而提升電力電子設備的設計水平和可靠性。

評分☆☆☆☆☆

這本書的理論深度和廣度確實令人敬佩，尤其是在係統級的電磁兼容性（EMC）方麵。過去我在調試變頻器或逆變器時，經常被那些莫名其妙的射頻乾擾搞得焦頭爛額，通常隻能通過增加屏蔽罩或者被動濾波來“堵漏”。但是，這本書提供瞭一種自下而上的、更具前瞻性的解決思路。它不是簡單地告訴你電磁乾擾會産生，而是深入分析瞭IGBT模塊的快速開關行為（即高 $ ext{di/dt}$ 和 $ ext{dv/dt}$ 變化率）如何激發PCB走綫和母綫結構産生寄生電感和電容，並最終成為有效的輻射源。書中的案例分析清晰地展示瞭如何通過優化DC母綫電容的布局——具體到電容的串聯與並聯組閤、安裝位置的微小調整——來有效降低環路麵積，從而將EMI輻射控製在允許的範圍內。這種從物理層麵上剖析問題的能力，極大地提升瞭我設計高功率密度産品的信心。

評分☆☆☆☆☆

這本書的實用價值不僅體現在技術細節的深度上，更在於它對工程實踐中常見陷阱的全麵揭示。我特彆欣賞它對“降額設計”原則的反復強調和具體量化。在很多工程項目中，為瞭追求成本和體積，我們總是傾嚮於將器件推嚮其極限性能。而這本書通過大量的曆史數據和失效分析報告，生動地展示瞭這種做法的隱患。它清晰地勾勒齣不同降額百分比下，MTBF（平均無故障時間）的指數級增長關係。這種基於數據的、量化的論證，比任何口頭警告都更有說服力。此外，書中關於高壓測試和診斷技術的討論也非常到位，例如如何使用高帶寬的電壓探頭準確捕獲關斷尖峰，以及如何設計隔離式測量係統以保證人身安全和數據準確性。總而言之，它更像是一位經驗豐富的老工程師，坐在你的旁邊，在你動手之前，把所有可能遇到的“坑”都一一指給你看，讓人讀起來既踏實又感到對行業的敬畏。

評分☆☆☆☆☆

當我拿到這本關於高壓IGBT模塊的書時，最吸引我的是它對於驅動電路設計的那部分內容。說實話，在很多資料裏，驅動部分總是被簡化處理，無非就是一塊現成的驅動芯片加上一些隔離元件。但這本書顯然沒有止步於此。它用大量的篇幅解析瞭開關過程中的“米勒效應”是如何影響柵極的dV/dt，以及這種影響如何反過來導緻災難性的集膚效應和過衝。作者展示瞭多種先進的柵極驅動拓撲結構，比如采用具有極低輸齣阻抗的定製驅動緩衝器，以確保在快速關斷時，柵極電壓能夠被迅速鉗位，從而減小開關損耗。更讓我印象深刻的是，它對共模噪聲（CMN）抑製策略的講解。在強磁場和高頻開關環境下，共模噪聲是導緻驅動信號失真的主要元凶之一。書中提供的共模扼流圈設計指南和PCB布局的最佳實踐，簡直就是實戰經驗的結晶，這比任何數據手冊上的理論描述都要來得實際和有力得多。

評分☆☆☆☆☆

我必須承認，這本書在講解建模與仿真方麵的章節，對我後續的算法優化起到瞭決定性的作用。我原本以為，對一個物理器件的建模無非就是套用幾個標準的等效電路模型。然而，這本書挑戰瞭這種傳統觀念。它詳細闡述瞭如何將非綫性的熱效應、載流子壽命衰減等因素融入到開關瞬態模型中去，以構建一個能夠更精確預測器件“老齡化”過程的仿真環境。書中介紹的基於有限元分析（FEA）與電路仿真相結閤的方法論，提供瞭一個強大的工具箱，讓我們可以預先“看到”模塊在不同工作條件下的真實性能。特彆是對於短路保護和過流限製的算法驗證，通過高精度的器件模型，可以更早、更安全地迭代保護邏輯的時序參數，避免瞭以往那種依賴反復試錯的低效過程。對於任何想將IGBT應用推嚮更高性能、更高可靠性邊界的工程師來說，這部分內容是無價的。

評分☆☆☆☆☆

這本書，坦率地說，讓我對整個高壓電力電子領域産生瞭全新的認識。我之前一直覺得，IGBT模塊那種東西，無非就是個開關管子，隻要選型閤適，配上驅動電路，基本就能應付大部分場閤瞭。但讀完這本書的某些章節後，我纔意識到自己是多麼的狹隘。它深入探討瞭熱管理策略的精妙之處，那種不僅僅是“散熱片要大點”這麼簡單的邏輯。作者非常細緻地分析瞭不同封裝形式下的熱阻路徑，以及在極端負載波動下，如何通過優化導熱界麵材料（TIM）的選擇和安裝壓力，來確保器件的長期可靠性。特彆是關於瞬態熱阻抗麯綫的解讀，那簡直是教科書級彆的詳盡。以前我總是在仿真軟件裏跑個穩態熱分析就覺得萬事大吉，但這本書讓我明白，高頻開關帶來的周期性熱應力，對焊锡層的疲勞損傷是多麼的緻命。它引導我去思考那些在設計初期很容易被忽略，但在實際運行中卻可能導緻災難性故障的細節。這絕不是一本可以快速瀏覽的入門手冊，它要求讀者具備一定的電力電子基礎，然後纔能真正領略其對係統級可靠性的深刻洞察。