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內容簡介: |
本书内容包括4部分。第1部分介绍功率半导体器件的分类及发展历程,主要包括功率半导体器件这个“大家族”的主要成员及各自的特点和发展历程。第2部分介绍功率二极管,在传统的功率二极管(肖特基二极管和PiN二极管)的基础上,增加了JBS二极管和MPS二极管等新型单、双极型二极管的内容。第3部分介绍功率开关器件,主要分为传统开关器件和现代开关器件,传统开关器件以晶闸管为主,在此基础上,介绍以GTO晶闸管为主的派生器件;现代功率开关器件以功率MOSFET和IGBT为主。第4部分为功率半导体器件应用综述,以脉冲宽度调制(PWM)为例说明如何根据器件的额定电压和电路的开关频率选择适合应用的最佳器件。本书适合电子科学、电力电子及电气传动、半导体及集成电路等专业技术人员参考,也可作为相关专业本科生及研究生教材。本书配有教学视频(扫描书中二维码直接观看)及电子课件等教学资源,需要配套资源的教师可登录机械工业出版社教育服务网www.cmpedu.com免费注册后下载。
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目錄:
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前言第1章绪论111电力电子器件和电力电子学112功率半导体器件的定义113功率半导体器件的种类214功率整流管3141单极型功率二极管3142双极型功率二极管415功率半导体开关器件5151晶闸管类功率半导体器件5152双极型功率晶体管7153功率MOSFET7154IGBT816硅功率集成电路917碳化硅功率开关1118功率半导体器件的发展12181功率半导体器件的发展历程12182功率半导体器件的发展趋势12参考文献13第2章单极型功率二极管1421功率肖特基二极管14211功率肖特基二极管的结构14212正向导通状态15213反向阻断特性1822结势垒控制肖特基(JBS)二极管20221JBS二极管的结构20222正向导通模型22223反向漏电流模型3023沟槽肖特基势垒控制肖特基(TSBS)二极管4324沟槽MOS势垒控制肖特基(TMBS)二极管44参考文献46第3章双极型功率二极管4731PiN二极管的结构与静态特性47311PiN二极管的结构47312PiN二极管的反向耐压特性48313PiN二极管通态特性4932碳化硅PiN二极管5933PiN二极管的动态特性60331PiN二极管的开关特性61332PiN二极管的动态反向特性6334PiN二极管反向恢复过程中电流的瞬变6735现代PiN二极管的设计70351有轴向载流子寿命分布的二极管70352SPEED结构7236MPS二极管73361MPS二极管的工作原理74362碳化硅MPS整流器91363反向阻断特性99364开关特性107参考文献109第4章晶闸管11041概述110411晶闸管基本结构和基本特性110412基本工作原理11242晶闸管的耐压能力113421PNPN结构的反向转折电压113422PNPN结构的正向转折电压115423晶闸管的高温特性11743晶闸管最佳阻断参数的确定119431最佳正、反向阻断参数的确定119432λ因子设计法121433关于阻断参数优化设计法的讨论123434P2区相关参数的估算124435表面耐压和表面造型12644晶闸管的门极特性与门极参数的计算128441晶闸管的触发方式128442门极参数131443门极触发电流、触发电压的计算132444中心放大门极触发电流、电压的计算13445晶闸管的通态特性137451通态特征分析137452计算晶闸管正向压降的模型138453正向压降的计算14046晶闸管的动态特性144461晶闸管的导通过程与特性144462通态电流临界上升率152463断态电压临界上升率155464关断特性15747晶闸管的派生器件162471快速晶闸管163472双向晶闸管164473逆导晶闸管169474门极关断(GTO)晶闸管174475门极换流晶闸管193参考文献194第5章现代功率半导体器件19551功率MOSFET195511功率MOSFET的结构195512功率MOSFET的基本特性197513VDMOSFET的导通电阻198514VDMOSFET元胞的优化203515VDMOSFET阻断电压影响因素分析204516功率MOSFET的开关特性20552绝缘栅双极型晶体管(IGBT)210521IGBT的基本结构210522IGBT的工作原理与输出特性212523IGBT的阻断特性213524IGBT的通态特性215525IGBT的开关特性220526擎住效应226参考文献228第6章功率半导体器件应用综述22961典型H桥拓扑23062低直流总线电压下的应用23263中等直流总线电压下的应用23464高直流总线电压下的应用235参考文献237
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內容試閱:
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如果“芯片”是电子设备的大脑的话,那么功率半导体器件以及所构成的系统就是电子设备的心脏,为大脑提供能源,二者缺一不可。 作为电力电子技术核心器件的功率半导体器件,自1956年第一只晶闸管诞生以来,得到了迅速的发展。如今的功率半导体器件种类繁多,相关文献大量涌现,很多著作都非常具有代表性,其中,《功率半导体器件基础》(美,BJBaliga著,韩郑生等译,2013年2月由电子工业出版社出版),内容全面、系统,既包含理论基础,又包含各种功率半导体器件的工作原理,并有对理论模型的仿真验证,但对于学时有限的读者来说,篇幅过大。《电力半导体新器件及其制造技术》(王彩琳编著,2015年6月由机械工业出版社出版),内容新颖,对功率半导体器件制造技术进行了较详细的介绍,非常适合专业人士阅读学习。《功率半导体器件——原理、特性和可靠性》(德,JLutz著,卞抗译,2013年6月由机械工业出版社出版),分析透彻,尤其是对功率半导体器件损坏机理的分析非常精彩,翻译准确,但更适合有一定专业基础的专业人士阅读学习,对初学者有一定难度。《功率半导体器件与应用》(瑞士,SLinder著,肖曦、李虹等译,2009年5月由机械工业出版社出版),语言简练,篇幅虽然不大,但包含的内容很有实用性,更适合专业人士阅读学习。为了方便初学读者系统、全面地学习功率半导体器件的相关知识,需要一本全面系统介绍各种功率半导体器件工作原理,内容由浅入深,而且篇幅适中的图书。 为适应这种需求,作者综合了诸多相关文献,结合多年的教学和科研工作经验,完成了本书。书中包括以下几个方面的内容: 1. 功率半导体器件的分类及发展历程功率半导体器件分为功率二极管和功率开关器件。功率二极管分单极型和双极型两大类。功率开关器件从结构上可分为晶闸管类开关器件和晶体管类开关器件,从时间上可分为传统开关器件(以晶闸管及派生器件为主)和现代开关器件(以功率MOSFET和IGBT为主)。这一部分内容为读者介绍了功率半导体器件这个“大家族”的主要成员,及各自的特点和发展历程。 2.功率二极管功率二极管分单极型和双极型进行讨论和分析。单极型二极管以传统的单极型二极管——肖特基二极管为基础,在此基础上,介绍JBS等改进型的单极型二极管。双极型二极管以传统的双极型二极管——PiN二极管为基础,在此基础上,介绍MPS等改进型双极型二极管。 3.功率开关器件功率开关器件分为传统开关器件和现代开关器件。传统开关器件以晶闸管为主,在此基础上,介绍以GTO晶闸管为主的晶闸管派生器件。现代功率开关器件以功率MOSFET和IGBT为主。 4.功率半导体器件应用综述以脉冲宽度调制(PWM)为例说明如何根据器件的额定电压和电路的开关频率选择适合应用的最佳器件。本书特点: 1)功率二极管的内容更加丰富。随着高性能功率开关器件的出现(如功率MOSFET和IGBT),功率二极管的性能成为限制功率电路性能的主要因素。本书在传统的功率二极管(肖特基整流器和PiN整流器)的基础上,增加了结势垒控制肖特基(JBS)二极管、沟槽肖特基势垒控制肖特基(TSBS)二极管、沟槽MOS势垒控制肖特基(TMBS)二极管等先进的单极型二极管,以及MPS等新型双极型二极管的内容。 2)增加了仿真案例。对器件特性进行仿真,将器件外部特性和器件内部微观机制建立可视化的对应关系,不仅能够佐证理论模型,还可以帮助读者加深对所学理论的理解。 3)设置了设计案例。对于经典器件,如晶闸管,书中给出了实际设计案例,将所学理论内容,以设计案例的形式连接在一起,形成整体化的知识体系。 4)增加了应用综述内容,这一内容的增加旨在让读者了解电路系统对功率器件特性的要求。没有完美的器件,只有更合适的器件,不同的应用场合,需要不同的器件。 本书由关艳霞、刘斌、吴美乐和卢雪梅合作完成,第2章由刘斌编写,第3章由吴美乐编写,第6章由卢雪梅编写,其他章节由关艳霞编写。 在本书的编写过程中,我们得到了已故潘福泉老师的无私帮助,尤其在晶闸管设计方面。潘老师将实际案例和理论设计相结合,对理论设计提出了修正建议,谨以此书对潘老师表示深切怀念。 本书在正式出版之前,已在沈阳工业大学作为校内教材使用多年,很多毕业生为此书提出了宝贵意见,在此表示深深的感谢。
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