IGBT模块：技术、驱动和应用（中文版 原书第2版）

本书首先介绍了IGBT的内部结构，然后通过电路原型或基本模型推导出的IGBT变体形式。在此基础上，探讨了IGBT的封装技术。本书还讨论了IGBT电气特性和热问题，分析了IGBT的特殊应用和并联驱动技术。这些分析还包括了IGBT的实际开关行为特性、电路布局、应用实例以及设计规则。

目录译者序序前言第1章功率半导体111简介1111本征载流子浓度2112掺杂4113载流子在半导体中的运动6114载流子的产生与复合8115PN结9116反向击穿12117制造工艺1312二极管16121快恢复二极管17122电源（整流）二极管19123肖特基二极管19124齐纳二极管与雪崩二极管2013晶闸管2114双极结型晶体管和场效应晶体管22141双极结型晶体管（BJT）22142场效应晶体管（FET）2415绝缘栅双极型晶体管（IGBT）28151穿通（PT）型IGBT32152非穿通（NPT）型IGBT34153场终止（FS）型IGBT35154沟槽栅（Trench）IGBT35155载流子储存沟槽栅双极晶体管（CSTBTTM）37156注入增强栅晶体管（IEGT）38157沟槽栅场终止IGBT（Trench-FSIGBT）38158逆导型IGBT（RCIGBT）38159IGBT集成的额外功能3916前景展望4117制造商43本章参考文献44第2章IGBT器件结构4721简介4722IGBT模块的材料48221塑料框架48222衬底50223基板51224塑模材料、环氧树脂和硅胶5223电气键合工艺53231内部电气连接技术54232外部电气连接技术6024设计理念69241标准IGBT模块69242压接式IGBT69243智能功率模块（IPM）70244IGBT模制模块71245分立式IGBT72246套件7325半导体的内部并联7426低感设计7627IGBT模块的电路拓扑7728IGBT绝缘配合79281电气间隙和爬电距离80282绝缘电压82283局部放电8329制造商概览84本章参考文献85第3章电气特性8731简介8732二极管的正向特性9433二极管的开关特性96331二极管的开通96332二极管的关断9834IGBT的正向特性10135IGBT的开关特性103351IGBT的开通特性103352IGBT的关断特性105353栅极电荷和密勒效应106354NPT IGBT与沟槽栅IGBT关断特性比较分析10736短路特性10837阻断特性11138静态和动态雪崩击穿11239杂散电感113310不同的半导体来源115本章参考文献116第4章热原理11841简介118411定义118412热传导119413热辐射123414对流12542材料以及导热性能12643热模型13144散热器136441空冷散热器137442液冷散热器138本章参考文献140第5章模块数据手册14151简介14152IGBT14153续流二极管14454整流二极管（PIM/CIB模块）14555制动斩波器（PIM/CIB模块）14556负温度系数热敏电阻（可选）14657模块14758图表14859电路的拓扑结构149510封装图149本章参考文献150第6章IGBT驱动15161简介15162信号传输152621电平转换152622光电耦合器156623脉冲变压器157624电容耦合器160625光纤161626总结16263IGBT栅极驱动器16364驱动器电源173641自举电路174642DC－DC变换器176643欠电压闭锁17965耦合电容18066影响开关特性的参数181661栅极电阻181662栅-射极的外接电容CG183663栅极引线电感18667保护措施187671UCESat的监控187672集-射极钳位195673栅极钳位204674密勒钳位207675利用发射极的寄生电感209676两电平关断210677软关断21268逻辑功能212681最小脉冲抑制213682死区生成和半桥互锁213683错误消息，阻断时间和故障存储21469安全停止214610并联和串联2166101并联2166102串联连接217611三电平NPC电路217612综合性能和成本选择驱动器2186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22171简介22172IGBT的控制电压221721正电压控制221722负电压控制和0V关断22273最小开通时间22574死区22775开关速度22876短路关断22977杂散电感的影响233771换流通路杂散电感233772栅极通路杂散电感23578安全工作区236781IGBT反偏安全工作区和短路安全工作区236782二极管安全工作区23779IGBT反向阻断电压237710集成碳化硅续流二极管的硅IGBT238711降载开关和(准)谐振开关2407111缓冲电路2407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24781简介24782并联247821静态工作注意事项248822动态工作注意事项251823栅极驱动并联253824外部平衡组件并联连接25983串联262本章参考文献264第9章射频振荡26591简介26592短路振荡26693IGBT关断振荡26794拖尾电流振荡268本章参考文献270第10章机械安装指导271101简介271102连接技术2711021电气连接2711022散热器安装和导热硅脂2721023直接冷却模块安装276103环境影响2771031机械负载2771032气体和液体27810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280111简介280112AC－DC整流器和制动斩波器2811121主动前端2871122维也纳整流器288113DC－DC变换器2891131降压型变换器2901132升压型变换器2911133升降压型变换器2921134H桥电路293114DC－AC逆变器2941141电压源逆变器2941142多电平逆变器2961143电流源逆变器2991144Z源逆变器299115AC－AC变换器303116应用举例3051161伺服驱动3051162不间断电源3051163太阳能逆变器3071164风能逆变器3081165牵引逆变器3101166开关磁阻电动机31111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315121简介315122数字存储示波器315123电流测量3171231基于无磁原理的电流测量3181232基于电磁原理的电流测量325124电压测量330125温度测量332126双脉冲测试337本章参考文献340第13章逆变器设计341131简介341132逆变器的组成341133电压等级342134寄生元件343135直流母线344136吸收电容346137驱动单元安装348138电气间隙和爬电距离350139电机电缆长度的影响3501310滤波器35213101电源滤波器35213102直流母线滤波器35313103输出滤波器3541311熔断器3551312调制算法的影响3571313基本公式36113131输入整流36113132输出逆变36213133直流母线362本章参考文献362第14章质量与可靠性364141简介364142应用中的失效机理365143加速模型367144型式试验和常规试验3701441HTRB测试3721442HTGS测试3721443H3TRB测试3721444TST3731445TC测试3731446PC测试374145提高负载周次能力的措施3761451CTE值匹配3771452DCB3771453低温连接3781454芯片焊层的扩散焊接3791455提高系统焊接层工艺3791456直接键合陶瓷到基板3791457铜绑定线380146寿命计算382147失效图片3851471工艺与机械原因所致的失效图像3851472电和热引起的失效图像386148宇宙粒子射线386本章参考文献388附录名词术语缩写390第1章LED照明灯具基础知识$111电光源基础知识$112LED照明灯具常用术语$813LED照明设计$1214LED基础知识$1415常用LED简介$18第2章LED射灯设计与检测$2921LED射灯简介$2922MR16射灯作业流程$3623MR16射灯调光$4024MR16射灯温度测试与检测$4225PAR灯设计与作业流程$4526PAR灯检验标准及实操注意事项$5427LED轨道灯设计与检测$5728LED斗胆灯简介与检测$6529LED象鼻射灯简介与检测$69210LED天花射灯简介与检测$71第3章LED球泡灯设计与检测$7431LED球泡灯简介$7432LED球泡灯调光及调光知识介绍$7633LED球泡灯散热体、灯罩简介$7834LED球泡灯常用光源及布板方式选择$8335LED球泡灯电源检测$8836LED球泡灯组装及作业流程$9037LED球泡灯检验标准及实操注意事项$9238LED球泡灯CE认证$97第4章LED荧光灯设计与检测$10041传统荧光灯简介$10042LED荧光灯组件（部件）简介$10143LED荧光灯结构设计$10844LED荧光灯光源分布板及铝基板固定$11245LED荧光灯设计注意事项与技巧$11346LED荧光灯及调光LED荧光灯简介$11547LED荧光灯组装与作业流程$12048LED荧光灯检验标准及实操注意事项$12949LED应急荧光灯简介与检测$410LED冷库荧光灯简介与检测$140第5章LED筒灯设计与检测$14251传统筒灯介绍$14252LED筒灯介绍$14353LED筒灯常用光源简介$14654LED筒灯光学设计$14855LED筒灯散热设计$15156LED筒灯结构设计$15357LED筒灯调光知识简介$15558LED筒灯组装与作业流程$15759LED筒灯3C认证或节能认证要求$161510LED筒灯常用尺寸及应用场合$165511LED筒灯检验标准及实操注意事项$166512明装LED筒灯简介与检测$172第6章LED吸顶灯设计与检测$17661传统吸顶灯简介$17662LED吸顶灯简介$17763LED吸顶灯部件简介$17864LED吸顶灯作业流程$18765LED吸顶灯检验标准及实操注意事项$19066LED应急吸顶灯简介与检测$194第7章LED面板灯设计与检测$19671LED面板灯简介$19672LED面板灯配件简介$19773LED面板灯结构设计$20174LED面板灯组装与作业流程$20675LED面板灯检验标准及实操注意事项$21176LED面板灯（铝扣）简介与检测$217第8章LED路灯设计与检测$21981道路照明要求$21982LED路灯部件简介$22383LED路灯散热器简介$22684LED路灯透镜介绍与选择$22785LED路灯结构设计分析$23186LED路灯检验标准及实操注意事项$23387LED加油站灯简介与检测$239第9章LED隧道灯设计与检测$24191隧道照明特点$24192LED隧道灯简介$24493LED隧道灯常用光源简介$24694LED隧道灯结构分析$24895LED隧道灯散热设计$24996LED隧道灯光学设计$25097LED隧道灯检验标准及实操注意事项$25298LED投光灯设计与检测$256第10章LED工矿灯设计与检测$267101LED工矿灯简介$267102LED工矿灯配件简介$270103LED工矿灯结构设计$273104LED工矿灯组装及作业流程$276105LED工矿灯安装及注意事项$280106LED工矿灯检验标准及实操注意事项$281参考文献$285

前言自20世纪80年代以来，IGBT技术得到迅速发展。IGBT作为标准组件广泛地应用于功率范围从几百瓦到几兆瓦的电力电子设备中。在IGBT的发展进程中，IGBT的封装形式多种多样，如分立元件单管TO-247封装、大功率模块封装以及其他同时包含IGBT、电子元器件、特定功能的复杂设计封装。 本书的主要目的是使读者能够更容易地理解IGBT的基本特性以及IGBT和电力电子应用之间的相互作用关系。有些著作往往忽略了IGBT的一些实用细节和专业知识，或者在某种程度上没有清晰地解释IGBT和实际应用之间的关系。本书汇集了有关IGBT在电力电子应用中的详细资料，并通过作者在该领域的经验对其进行补充和完善。 本书首先介绍了IGBT的内部结构，然后通过电路原型或基本模型推导出的IGBT变体形式，并在此基础上探讨了IGBT的封装技术。本书还讨论了IGBT的电气特性和热问题，分析了IGBT的应用特性、并联驱动技术、实际开关特性、电路布局、应用实例以及设计规则。同时还考虑了电力电子应用中涉及的工程测量技术和信号电子学。最后从电力电子装置的质量和可靠性方面探讨了对IGBT和IGBT模块的需求。 在各章的介绍中，本书试图尽可能形象化地来表述，尽量避免采用过多的公式，所以本书的图形和表格超过了500张。然而，如果公式能够更清楚地解释一些基本原理或者与常用的IGBT密切相关，也会采用公式来进行表述。我们希望借此获得理论分析和实践应用之间的平衡。 感谢我们的家人和朋友，因为本书花费了我们几年有限的业余时间。 感谢Leo Lorenz教授、Jost Wendt、Hubert Ludwig和Martin Hierholzer,同时还要感谢英飞凌科技有限公司，正是在他们的帮助下本书才得以完成。 虽然作者已经精心编写本书，但是仍可能存在一些缺漏和错误，欢迎批评和指正。 安德烈亚斯·福尔克麦克尔·郝康普瓦尔施泰因，2010年夏