編輯推薦
適讀人群 :本手冊為電力電子技術、電氣傳動和相關專業的工程技術人員的設計工作提供詳盡的技術資料,也可作為相關專業師生的參考書。 。 本書特色:
現代性——不僅介紹瞭常用的電力電子元器件,還對近年進入市場的新型電力電子元器件給予瞭重點介紹;
*麵性——對各類電力電子元器件在結構、工作原理、特性參數、外形尺寸、性能檢測和具體應用進行瞭詳細的介紹;
實用性——充分考慮工程實用性,收錄的元器件都有相應的檢測、應用實例。
內容簡介
本手冊以通俗易懂、圖文並茂的方式,*麵介紹瞭近代常用的電力電子元器件的分類、結構、工作原理及其應用。本書共分16章,主要包括電阻器、電位器、電容器、電感器、濾波器、變壓器、二*管、晶體管、晶閘管、功率場效應管MOSFET、絕緣柵雙*晶體管IGBT、振蕩器、傳感器、光電耦閤器、保護元器件等各類電力電子元器件以及它們的應用,*後介紹瞭幾種新型的電力電子器件。本手冊在編寫過程中,注重展現現代性、*麵性和實用性的特色。
作者簡介
麯學基,中國電源學會交流電源專業委員會委員、中國電源工業協會專傢委員會委員、中國數據中心産業聯盟建維專傢委員會委員、UPS專傢組專傢等。參加過我國*一次核試驗和導彈發射試驗,負責光效應測量;多次參加衛星環境模擬試驗,作為研究室副主任,負責並參入實驗工作;在天星公司任副總經理,負責生産組織工作。
目錄
第一章 電阻器及其應用 (1)
第一節 電阻器的分類 (1)
一、電阻器的分類 (1)
二、固定電阻器的主要指標 (2)
三、電阻器阻值標示方法 (2)
四、電阻器的選用常識 (3)
第二節 高壓精密電阻器 (4)
一、大功率高壓精密電阻器 (4)
二、高壓金屬膜電阻器 (5)
第三節 高阻電阻器 (6)
一、高阻電阻器的性能參數 (6)
二、恒壓法和電流法測量高電阻 (6)
第四節 熱敏電阻 (7)
一、熱敏電阻的定義和分類 (7)
二、熱敏電阻的參數 (9)
三、PTC熱敏電阻的基本特性與應用實例 (9)
四、NTC熱敏電阻的基本特性與應用實例 (12)
五、CTR熱敏電阻 (14)
六、鉑電阻溫度計 (14)
七、貼片式熱敏電阻 (14)
第五節 壓敏電阻 (17)
第六節 濕敏電阻 (21)
一、濕敏電阻的結構和主要參數 (21)
二、濕敏電阻的主要參數 (21)
三、濕敏電阻的電阻-相對濕度特性 (22)
四、濕敏電阻的電氣符號和電氣參數 (22)
五、濕敏電阻的分類 (23)
六、濕敏電阻的檢測 (25)
七、濕敏電阻的應用實例 (26)
第七節 磁敏電阻 (26)
一、磁敏電阻的定義和特性 (26)
二、磁敏電阻的分類 (26)
三、磁敏電阻的電氣符號和主要參數 (26)
四、磁敏電阻的主要應用 (27)
五、磁敏電阻的檢測 (27)
第八節 氣敏電阻 (28)
一、氣敏電阻的分類 (28)
二、氣敏電阻的主要參數和特性 (28)
三、氣敏電阻的應用 (29)
第九節 光敏電阻 (30)
一、光敏電阻的定義和特性 (30)
二、光敏電阻的分類 (31)
三、光敏電阻的命名方法和主要參數 (32)
四、光敏電阻的選用原則 (33)
五、光敏電阻的應用實例 (33)
六、光敏電阻的檢測 (34)
第十節 力敏電阻 (34)
一、力敏電阻的定義和特性 (34)
二、力敏電阻的分類 (35)
三、力敏電阻的主要參數 (35)
第十一節 頻敏電阻 (36)
一、頻敏電阻的定義和特性 (36)
二、頻敏變阻的分類 (36)
三、頻敏變阻的命名方法 (36)
四、頻敏變阻的選用 (36)
第十二節 熔斷電阻 (37)
一、熔斷電阻的電氣符號 (37)
二、熔斷電阻的分類 (37)
三、熔斷電阻的選用 (38)
四、熔斷電阻的檢測 (38)
第十三節 貼片式電阻 (38)
一、貼片式電阻的特性 (39)
二、貼片式電阻的分類 (39)
三、貼片式電阻器的參數 (39)
四、貼片式電阻器的選用 (42)
五、貼片式電阻器的檢測 (42)
第十四節 電阻器網絡 (43)
一、電阻器網絡的結構 (43)
二、電阻器網絡的命名方法 (43)
三、電阻器網絡的選用 (44)
四、電阻器網絡的檢測 (44)
第二章 電位器及其應用 (45)
第一節 普通電位器的分類 (45)
一、普通電位器的電氣符號和命名方法 (45)
二、普通電位器的分類 (46)
三、電位器的主要參數 (46)
四、電位器阻值特性 (47)
五、電位器的選用 (47)
第二節 鏇轉電位器 (48)
第三節 綫繞電位器 (48)
第四節 多聯電位器/同步電位器 (50)
第五節 直滑電位器 (51)
第六節 光敏電位器 (52)
一、電阻型光敏電位器 (52)
二、結型光敏電位器 (52)
第七節 磁敏電位器 (53)
第八節 片式電位器 (54)
一、片式微調電位器 (55)
二、片式多圈電位器 (56)
三、矩形片式多圈電位器 (59)
第九節 數字電位器 (61)
一、數字電位器的結構與工作原理 (61)
二、數字電位器的分類 (62)
三、數字電位器的特點 (62)
四、數字電位器的技術參數 (62)
五、數字電位器的應用實例 (63)
第三章 電容器及其應用 (65)
第一節 普通電容器的分類 (65)
一、普通電容器的分類 (65)
二、普通電容器的符號和技術指標 (67)
三、電容的簡易檢測方法 (68)
第二節 片式電容器(MLCC) (69)
一、片式電容器的種類 (69)
二、片式多層陶瓷電容器 (70)
三、片式塑封交流瓷介電容器(CCF) (73)
四、片式有機薄膜電容器 (74)
五、片式微調電容器 (75)
六、片式鉭電解電容器 (76)
七、錶麵安裝型鋁電解電容器 (77)
第三節 新型電解電容器 (79)
一、有機固態電解電容器 (79)
二、工業設備中常用的新型電容器 (86)
第四節 數字可編程電容器 (90)
一、MAX1474數字可編程電容器的內部結構和引腳排列 (90)
二、MAX1474的電氣參數 (91)
三、MAX1474容量可編程範圍 (91)
四、MAX1474的應用實例 (92)
第五節 超級電容器 (92)
一、超級電容器的分類和工作原理 (92)
二、超級電容器的特點 (94)
三、超級電容的應用 (95)
第四章 電感器及其應用 (96)
第一節 普通電感器的分類 (96)
一、普通電感器的分類 (96)
二、電感器的性能參數 (96)
第二節 片式電感器 (97)
一、綫繞型片式電感器 (97)
二、多層片式電感器(MLCI) (99)
三、薄膜片式電感器 (100)
四、貼片式集成電感元件 (102)
五、片式電感器的新進展 (102)
第三節 磁性薄膜電感器 (102)
一、編織結構型薄膜電感器 (103)
二、FeCoBC非晶態磁性薄膜電感器 (103)
三、Fe-Al-O膜平麵電感器 (103)
四、螺鏇綫圈形薄膜電感器 (104)
五、“之”字形薄膜電感器 (104)
六、在PCB闆上製作雙麵耦閤薄膜電感器 (104)
第四節 軟磁磁芯電感器 (105)
一、軟磁磁芯的分類 (105)
二、非晶及納米晶閤金的性能 (105)
三、非晶、納米晶閤金鐵芯電感器 (106)
第五節 磁珠 (107)
一、磁珠的工作原理、分類和主要參數 (107)
二、磁珠與電感器的區彆 (109)
第五章 濾波器及其應用 (110)
第一節 普通濾波器的分類 (110)
一、普通濾波器的分類 (110)
二、普通濾波器的性能指標 (111)
三、RC低通濾波器 (111)
四、RC高通濾波器 (112)
五、RC帶通濾波器 (113)
六、RC帶阻濾波器 (113)
第二節 多層片式濾波器 (114)
一、多層片式RC濾波器 (114)
二、片式繞綫LC濾波器 (114)
三、多層片式LC濾波器 (114)
四、多層片式T形和Π形高頻噪聲濾波器 (115)
第三節 陶瓷濾波器 (118)
一、陶瓷濾波器(帶通濾波器) (118)
二、陶瓷陷波器(帶阻濾波器) (119)
第四節 聲錶麵波濾波器 (120)
一、SAWF的結構和工作原理 (120)
二、SAWF的主要性能參數和電氣符號 (122)
三、SAWF的匹配 (122)
四、SAWF的應用 (124)
五、SAWF的檢測 (125)
第五節 晶體濾波器(MCF) (125)
一、晶體濾波器的結構和工作原理 (125)
二、晶體濾波器的性能參數 (127)
三、晶體濾波器的檢測 (127)
第六節 微波濾波器 (128)
一、微帶濾波器 (128)
二、交指型濾波器 (130)
三、同軸腔體濾波器 (131)
四、波導型濾波器 (131)
五、梳狀綫腔濾波器 (132)
六、螺鏇濾波器 (133)
七、小型集總參數濾波器 (134)
八、陶瓷介質濾波器 (135)
九、SIR(階躍阻抗諧振器)濾波器 (140)
十、錶麵貼裝介質濾波器 (141)
十一、高溫超導濾波器 (141)
第七節 EMI濾波器/電源濾波器 (142)
一、傳統EMI濾波器 (143)
二、EMI濾波器的選擇和安裝中的注意事項 (144)
三、濾波連接器 (145)
四、三端陶瓷圓片電容式EMI濾波器 (146)
五、穿心電容器濾波器 (147)
六、EMI片式濾波器 (149)
七、電源濾波器 (152)
第八節 有源濾波器 (154)
一、有源濾波器的特點 (154)
二、有源濾波器的分類 (155)
三、有源低通濾波器 (155)
四、有源高通濾波器 (157)
五、有源帶通濾波器 (158)
六、有源帶阻濾波器 (159)
七、集成有源濾波器 (160)
第六章 變壓器及其應用 (170)
第一節 普通變壓器的分類 (170)
一、普通變壓器的分類 (170)
二、變壓器的工作原理 (171)
第二節 R型變壓器 (171)
第三節 壓電陶瓷變壓器 (175)
一、壓電陶瓷變壓器的分類 (175)
二、壓電陶瓷變壓器的特點 (175)
三、Rosen壓電陶瓷變壓器 (176)
四、多層片式壓電陶瓷變壓器的工作原理 (177)
第四節 平麵變壓器 (179)
一、平麵變壓器的結構和工作原理 (179)
二、平麵變壓器的應用前景 (181)
三、PCB平麵變壓器 (181)
四、薄膜型平麵變壓器 (182)
五、厚膜型平麵變壓器 (183)
六、亞微米平麵變壓器 (183)
七、無鐵芯印製電路闆(PCB)平麵變壓器 (184)
第五節 扁平式變壓器 (185)
一、扁平式變壓器的結構和特點 (185)
二、扁平式變壓器的性能參數 (187)
第六節 鬆耦閤變壓器 (188)
一、鬆耦閤變壓器在鬆耦閤感應電能傳輸係統中的應用 (188)
二、鬆耦閤變壓器的結構和工作原理 (188)
三、ICPT係統中的鬆耦閤變壓器 (189)
第七節 脈衝變壓器 (191)
一、脈衝變壓器的工作原理 (191)
二、脈衝變壓器的性能參數 (192)
三、脈衝變壓器的應用電路 (193)
第八節 鏇轉變壓器 (195)
一、鏇轉變壓器的分類 (195)
二、鏇轉變壓器的工作原理 (195)
三、多種鏇轉變壓器技術數據的匯集 (200)
四、鏇轉變壓器的應用 (212)
第九節 電子變壓器 (213)
第七章 二極管及其應用 (217)
第一節 普通二極管的分類 (217)
第二節 半導體二極管的伏-安特性和主要參數 (217)
一、半導體二極管的伏-安特性 (217)
二、二極管的主要參數 (218)
第三節 檢波二極管 (218)
第四節 整流二極管 (221)
一、整流二極管的常用參數 (221)
二、整流二極管的選用、檢測和代換 (221)
三、整流二極管的應用 (226)
四、整流二極管模塊 (232)
五、三相全橋整流二極管模塊 (235)
第五節 限幅二極管 (235)
一、限幅二極管的特點 (236)
二、基本二極管限幅電路 (236)
三、限幅二極管應用電路 (237)
第六節 開關二極管 (238)
一、開關二極管的主要參數 (239)
二、開關二極管的分類 (239)
三、開關二極管的應用 (243)
第七節 變容二極管 (244)
一、變容二極管的結構和工作原理 (244)
二、變容二極管的特性參數 (245)
三、變容二極管的應用 (247)
四、變容二極管的檢測 (249)
第八節 階躍恢復二極管 (249)
一、階躍恢復二極管的結構和工作原理 (249)
二、階躍恢復二極管的性能參數 (250)
三、階躍恢復二極管的應用實例 (251)
第九節 倍頻二極管 (252)
一、變容二極管倍頻器 (252)
二、階躍恢復二極管倍頻器 (252)
第十節 快恢復二極管 (253)
一、快恢復二極管的結構和工作原理 (253)
二、快恢復二極管的性能參數 (255)
三、快恢復二極管模塊 (262)
四、快恢復二極管的檢測 (263)
五、快恢復二極管的應用實例 (264)
第十一節 穩壓二極管 (265)
一、穩壓二極管的結構和工作原理 (265)
二、穩壓二極管的性能參數 (266)
三、穩壓二極管的選用和檢測 (272)
四、穩壓二極管的應用 (273)
第十二節 雪崩二極管 (275)
第十三節 肖特基二極管 (277)
一、肖特基二極管的結構和工作原理 (277)
二、肖特基二極管的性能參數 (278)
三、肖特基二極管的檢測 (282)
四、肖特基二極管的應用實例 (282)
第十四節 瞬變電壓抑製二極管 (284)
一、瞬變電壓抑製二極管的結構和工作原理 (284)
二、瞬變電壓抑製二極管的性能參數 (285)
三、瞬變電壓抑製二極管的選用和檢測 (290)
四、瞬變電壓抑製二極管的典型應用 (290)
第十五節 阻尼二極管 (293)
第十六節 雙基極二極管/單結晶體管 (294)
一、雙基極二極管的結構和工作原理 (294)
二、雙基極二極管的優缺點 (295)
三、雙基極二極管的主要參數 (295)
四、雙基極二極管的檢測 (296)
五、雙基極二極管的應用實例 (297)
第十七節 光電二極管/光敏二極管 (299)
一、光敏二極管的結構和工作原理 (299)
二、光敏二極管的特性參數 (300)
三、光敏二極管的檢測 (302)
四、光敏二極管的應用實例 (303)
第十八節 雪崩光電二極管 (305)
一、雪崩光電二極管的結構和工作原理 (305)
二、雪崩光電二極管的特性參數 (306)
三、雪崩光電二極管的選用和檢測 (309)
四、雪崩光電二極管的應用實例 (309)
第十九節 發光二極管 (311)
一、LED的基本結構和工作原理 (312)
二、LED的特性 (312)
三、LED的詳細分類、結構和參數 (315)
四、發光二極管的檢測 (322)
五、發光二極管的應用 (323)
第二十節 激光二極管 (326)
一、激光二極管的結構和工作原理 (326)
二、激光二極管的特性參數 (329)
三、應用激光二極管的注意事項 (339)
四、激光二極管的檢測 (339)
五、激光二極管的應用實例 (339)
第二十一節 磁敏二極管 (342)
一、磁敏二極管的結構和原理 (342)
二、磁敏二極管的特性和參數 (342)
三、磁敏二極管磁漏探傷儀的應用 (344)
第八章 晶體管及其應用 (345)
第一節 晶體管結構和工作原理 (345)
第二節 晶體管的三種基本接法 (346)
第三節 晶體管的特性 (347)
第四節 晶體管的主要參數 (348)
一、晶體管的主要參數 (348)
二、使用晶體管應注意的事項 (349)
三、晶體管的檢測和選用 (350)
第五節 放大晶體管 (350)
一、共發射極放大電路 (350)
二、共集電極放大電路 (353)
三、共基極放大電路 (354)
第六節 開關晶體管 (356)
一、開關晶體管的開關特性 (356)
二、基本開關電路 (357)
三、開關晶體管的選用和檢測 (360)
四、開關晶體管的型號和參數 (360)
五、開關晶體管的應用實例 (367)
第七節 大功率高反壓晶體管(GTR) (367)
一、GTR的結構、電路符號和原理 (367)
二、GTR的分類 (368)
三、GTR的主要參數 (368)
四、GTR的驅動電路 (369)
五、GTR的緩衝電路 (371)
六、GTR模塊 (372)
七、GTR的型號和參數 (373)
第八節 達林頓晶體管 (378)
一、達林頓晶體管的四種接法 (378)
二、達林頓晶體管的型號和技術參數 (379)
三、達林頓晶體管陣列 (379)
四、達林頓晶體管陣列的應用 (382)
第九節 低飽和壓降晶體管 (382)
第十節 帶阻復閤晶體管 (385)
一、帶阻晶體管 (385)
二、帶阻尼晶體管 (390)
三、帶阻尼復閤晶體管 (393)
第十一節 多發射極晶體管和多集電極晶體管 (396)
一、多發射極晶體管 (396)
二、多集電極晶體管 (397)
第十二節 貼片式晶體管 (397)
第十三節 矽-鍺異質結雙極晶體管(Si-Ge HBT) (401)
一、矽-鍺異質結雙極晶體管的結構和特點 (401)
二、Si-Ge HBT製造工藝的應用 (402)
第九章 晶閘管及其應用 (404)
第一節 晶閘管的結構和工作原理 (404)
一、晶閘管的結構 (404)
二、外加電場時PN結的特性 (404)
三、晶閘管的工作原理 (405)
第二節 晶閘管的分類 (405)
一、晶閘管的分類 (405)
二、晶閘管的外形和電路符號 (406)
第三節 晶閘管的伏-安特性 (407)
一、晶閘管的正嚮導通特性 (407)
二、晶閘管的阻斷特性 (409)
三、晶閘管的控製極特性 (409)
四、晶閘管的溫度特性 (410)
第四節 晶閘管的主要參數 (411)
第五節 晶閘管的串/並聯 (412)
一、晶閘管串聯 (412)
二、晶閘管的並聯 (413)
三、晶閘管的串並聯 (415)
第六節 晶閘管的保護 (416)
一、過電流的保護 (416)
二、過電壓的保護 (417)
第七節 普通晶閘管和晶閘管模塊 (419)
一、普通單、雙晶閘管模塊 (419)
二、普通晶閘管/整流管模塊 (420)
三、單相半控橋晶閘管模塊和單相全控橋晶閘管模塊 (420)
四、三相半控橋晶閘管模塊和三相全控橋晶閘管模塊 (425)
五、三相半控橋+整流管模塊和三相全控橋+整流管模塊 (426)
六、晶閘管智能模塊(ITPM) (426)
七、晶閘管和晶閘管模塊的檢測 (429)
第八節 雙嚮晶閘管(TRIAC) (429)
一、雙嚮晶閘管的結構和工作原理 (429)
二、雙嚮晶閘管的型號參數 (431)
三、雙嚮晶閘管的檢測 (433)
四、雙嚮晶閘管的應用實例 (433)
第九節 快速晶閘管 (435)
一、快速晶閘管的結構和工作原理 (435)
二、快速晶閘管的型號參數 (435)
三、快速晶閘管的應用實例 (435)
第十節 光控晶閘管(LTT) (438)
一、光控晶閘管的結構和工作原理 (439)
二、光控晶閘管的型號和參數 (440)
三、光控晶閘管的檢測 (440)
四、光控晶閘管的應用實例 (440)
第十一節 柵極可關斷晶閘管(GTO) (441)
一、GTO的結構和工作原理 (442)
二、GTO的動態特性 (442)
三、GTO的主要參數 (443)
四、GTO的優缺點 (443)
五、GTO的檢測 (443)
六、GTO的型號參數 (444)
七、GTO的應用實例 (447)
第十二節 逆導晶閘管(RCT) (448)
一、RCT的結構和工作原理 (448)
二、RCT的型號參數 (449)
三、RCT的檢測 (449)
四、逆導晶閘管的應用實例 (450)
第十三節 溫控晶閘管 (450)
第十四節 MOS控製的晶閘管(MCT) (452)
一、MCT的結構和工作原理 (452)
二、MCT的特點 (453)
三、MCT的型號和性能參數 (453)
四、MCT的選用 (454)
第十五節 靜電感應晶體管(SIT)和靜電感應晶閘管(SITH) (454)
一、靜電感應晶體管(SIT) (454)
二、靜電感應晶閘管(SITH) (455)
第十六節 三端逆阻型晶閘管(RCT) (457)
第十七節 BTG晶閘管 (458)
一、BTG晶閘管的結構和工作原理 (458)
二、BTG晶閘管的檢測 (459)
三、BTG晶閘管的應用實例 (459)
第十八節 四極晶閘管(SCS) (460)
第十章 金屬氧化物半導體場效應晶體管MOSFET及其應用 (462)
第一節 MOSFET的結構和原理 (462)
第二節 MOSFET的主要參數 (466)
第三節 MOSFET的外形封裝 (467)
第四節 MOSFET應用時的注意事項 (472)
第五節 MOSFET模塊 (473)
一、一單元MOSFET模塊 (473)
二、二單元MOSFET模塊 (474)
三、四單元MOSFET模塊 (475)
四、六單元MOSFET模塊 (476)
第六節 MOSFET的驅動電路 (477)
一、MOSFET對驅動電路的要求 (477)
二、MOSFET的柵極驅動電路 (478)
第七節 MOSFET的典型應用實例 (486)
一、PMOSFET在降壓型開關電源中的應用 (486)
二、NMOSFET在升壓型開關電源中的應用 (486)
三、降壓型MOSFET同步整流器 (487)
四、MOSFET在DC/DC變換器中的應用 (487)
五、MOSFET在直流電動機控製中的應用 (488)
六、MOSFET在UPS逆變器中的應用 (489)
七、MOSFET在光伏逆變器中的應用 (490)
八、MOSFET在逆變焊機中的應用 (490)
第八節 介紹幾種新型MOSFET (491)
一、超低導通電阻MOSFET (491)
二、自動保護功率MOSFET (493)
三、ST公司開發的幾種新型功率MOSFET (496)
四、英飛淩公司開發的CoolMOSTM和CoolMOSTM功率MOSFET (497)
五、Vishay公司開發的新型MOSFET (499)
第十一章 絕緣柵雙極晶體管IGBT及其應用 (502)
第一節 IGBT的結構和技術參數 (502)
一、IGBT的結構 (502)
二、IGBT的工作原理 (503)
三、IGBT的特點 (503)
四、IGBT的基本特性 (504)
五、IGBT的技術參數 (508)
六、IGBT的檢測 (512)
第二節 普通IGBT的分類 (513)
一、IGBT的結構分類 (513)
二、IGBT的技術分類 (513)
三、幾種新型結構的IGBT (520)
第三節 IGBT模塊、功率集成IGBT(PIM)和智能化IGBT(IPM) (523)
一、IGBT模塊 (523)
二、IGBT模塊封裝新技術 (527)
三、功率集成IGBT(PIM) (529)
四、智能化模塊(IPM) (534)
第四節 IGBT的柵極觸發電路 (538)
一、IGBT柵極驅動的要求 (538)
二、IGBT的柵極驅動電路 (539)
第五節 IGBT的緩衝電路 (553)
一、關斷緩衝電路和導通緩衝電路 (554)
二、無源無損緩衝電路 (556)
三、有源無損緩衝電路 (558)
第六節 IGBT的典型應用實例 (561)
一、IGBT在開關電源中的應用 (561)
二、IGBT在逆變電源中的應用 (594)
三、IGBT在UPS中的應用 (652)
四、IGBT在電子鎮流器中的應用 (659)
五、IGBT在再生能源技術中的應用 (668)
第十二章 振蕩器及其應用 (674)
第一節 振蕩器的分類 (674)
第二節 RC振蕩器 (674)
一、RC移相式振蕩器 (674)
二、RC橋式振蕩器 (675)
第三節 LC振蕩器 (678)
一、變壓器反饋式LC振蕩器 (678)
二、電感三點式LC振蕩器 (678)
三、電容三點式LC振蕩器 (679)
四、集成LC振蕩器 (681)
第四節 晶體振蕩器 (684)
一、晶體振蕩器的分類和主要參數 (684)
二、非溫度補償式晶體振蕩器(SPXO) (685)
三、溫度補償晶體振蕩器(TCXO) (688)
四、電壓控製晶體振蕩器(VCXO) (692)
五、恒溫控製式晶體振蕩器(OCXO) (693)
六、電壓控製溫度補償晶體振蕩器(VCTCXO) (695)
七、頻率控製晶體振蕩器(FCXO) (695)
八、單片機補償式晶體振蕩器(DCXO/MCXO) (696)
第五節 聲錶麵波振蕩器 (697)
一、聲錶麵波諧振器(SAWR) (697)
二、基於SAWR的振蕩器的應用 (697)
第六節 矽振蕩器 (703)
第十三章 傳感器及其應用 (711)
第一節 傳感器的分類 (711)
第二節 傳感器的特性 (712)
第三節 溫度傳感器 (713)
一、熱電偶 (713)
二、熱敏電阻溫度傳感器 (714)
三、熱電阻溫度傳感器 (737)
四、IC溫度傳感器 (742)
第四節 濕度傳感器 (745)
一、綫性電壓輸齣集成化濕度傳感器 (747)
二、綫性頻率輸齣集成化濕度傳感器 (750)
三、頻率/溫度輸齣式集成化濕度傳感器 (750)
四、單片智能化濕度傳感器 (750)
第五節 壓力傳感器 (751)
一、電容式壓力傳感器 (752)
二、變磁阻式壓力傳感器 (754)
三、壓阻式壓力傳感器 (755)
四、陶瓷壓力傳感器 (757)
五、諧振式壓力傳感器 (759)
第六節 位移傳感器 (761)
一、電位器式位移傳感器 (761)
二、磁緻伸縮位移傳感器 (769)
三、激光位移傳感器 (777)
第七節 氣敏傳感器 (781)
一、氣體傳感器的主要特性 (782)
二、半導體氣體傳感器概述 (783)
三、介紹幾種半導體氣敏傳感器 (783)
第八節 幾種新型智能傳感器 (790)
一、圖像傳感器 (790)
二、指紋傳感器 (794)
三、生物傳感器 (802)
四、MEMS傳感器 (804)
第十四章 光電耦閤器及其應用 (806)
第一節 光電耦閤器的工作原理和特點 (806)
一、光電耦閤器的工作原理 (806)
二、光電耦閤器的特點 (806)
第二節 光電耦閤器的分類 (807)
一、光電耦閤器的分類 (807)
二、光電耦閤器的電路符號和封裝 (807)
第三節 光電耦閤器的主要參數 (808)
一、光電耦閤器的特性 (808)
二、光電耦閤器的主要參數 (809)
三、光電耦閤器的檢測方法 (814)
四、光電耦閤器的選用 (815)
第四節 光電耦閤器的應用實例 (816)
一、光電耦閤器的典型應用 (816)
二、光電耦閤器在固態繼電器中的應用 (818)
三、光電耦閤器在電話保安裝置中的應用 (819)
四、光電耦閤器代替音頻變壓器 (819)
第十五章 保護技術 (821)
第一節 過熱保護技術 (821)
一、熱熔保險絲技術 (821)
二、熱晶閘管用於超溫保護 (823)
三、熱保護開關 (823)
第二節 過流保護技術 (824)
一、熔斷保護技術 (824)
二、過流保護元件 (828)
第三節 過壓保護技術 (833)
一、壓敏電阻保護技術 (833)
二、靜電放電(ESD)抑製技術 (834)
三、瞬態電壓(TVS)抑製技術 (835)
四、集成電路過電壓保護技術 (838)
第十六章 幾種新型的電力電子器件 (845)
第一節 集成門極換流晶閘管(IGCT) (845)
一、GCT的結構和原理 (845)
二、IGCT的特點 (846)
三、IGCT在變頻器中的應用 (847)
第二節 注入增強門極晶體管(IEGT) (848)
一、IEGT的結構和原理 (848)
二、IEGT的特點 (849)
第三節 功率半導體模塊IPEM和PEBB (851)
一、集成功率電子模塊IPEM (851)
二、功率電子模塊PEBB (851)
第四節 碳化矽(SiC)功率器件 (852)
第五節 氮化鎵(GaN)功率器件 (853)
參考文獻 (855)
前言/序言
前言
電力電子元器件是電力電子技術的基礎。電子元器件的應用滲透到國民經濟和日常生活的各個領域,電力電子元器件的發展水平是衡量一個國傢科技進步的重要標誌。
當前,世界已進入信息化時代。各類新型電力電子元器件研發成功、推嚮市場、推動各種新型電力電子係統、設備和裝置相繼問世,不僅促進瞭電力電子信息産業的高速發展,也將人們的日常生活帶進瞭內容更加豐富多彩、日新月異的新時代。
電子元器件的發展方嚮是小型化、輕量化、集成化、模塊化、智能化,其基礎是電力電子元器件采用新材料、先進的製作設備、運用新的工作機理和生産工藝以及更小型化的封裝形式。因為本書的服務對象是應用電力電子元器件從事新型電力電子係統、設備和裝置設計的工程技術人員,所以本書未涉及製作設備和生産工藝,而重點介紹瞭各類元器件的特性、功能和應用實例。
針對我國的現狀,我們把重點放在近代電力電子元器件,也對目前還普遍采用的元器件做瞭簡單的介紹。在本書編寫過程中,最受關注的是被廣泛應用的和近些年新推齣的電力電子元器件。所涉及的內容包括元器件的定義和特性、分類、主要參數、作用與應用、選用原則和型號以及檢測方法等。本書共分16章。第一章到第六章介紹瞭無源元件及其應用,主要包括電阻器、電位器、電容器、電感器、濾波器(內含有源濾波器)和變壓器等。第七章到第十一章介紹瞭部分有源器件及其應用,主要包括二極管、晶體管、晶閘管、功率場效應管MOSFET、絕緣柵雙極晶體管IGBT等。振蕩器是波形發生和電氣測量必不可少的關鍵器件,在第十二章中,介紹瞭振蕩器及其應用。電氣測量對電力電子係統的運行的可靠性、精度和性能是至關重要的,在第十三章中,重點介紹瞭傳感器及其應用。在電力電子裝置中,電氣隔離是不可少的,除變壓器隔離以外,光電耦閤器是最常用的隔離器件,在第十四章中,重點介紹瞭幾種常用的光電耦閤器及其應用。為保證電力電子係統、設備、裝置正常工作,保護技術也是不可少的,第十五章重點介紹瞭幾種保護技術和具有保護功能的元器件。近些年來,新型的大功率電力電子器件應運而生,在第十六章,簡要地介紹幾種有前途的大功率器件。
本手冊在編寫過程中注重展現現代性、全麵性和實用性的特色。現代性——手冊中不僅介紹瞭常用的電力電子元器件,還對近些年來推進市場的新型電力電子元器件給予瞭重點介紹;全麵性——工程技術人員在設計過程中,要選用各類電力電子元器件。為瞭順應需要,編者盡力對各類電力電子元器件在結構、工作原理、特性參數、外形尺寸、性能檢測和具體應用做齣較詳細的介紹;實用性——由於本手冊的現代性和全麵性,決定瞭必有現實的實用性,對工程技術人員來說,是一本有益的電力電子元器件方麵的總匯。
本手冊的齣版得到瞭電子工業齣版社張榕副編審的大力支持,在此深錶感謝。
由於編者的水平所限,書中齣現不足之處在所難免,請廣大讀者批評指正。
編 者
電子書:半導體功率器件原理與設計 簡介 《半導體功率器件原理與設計》是一本深入探討現代電力電子領域基石——半導體功率器件的專著。本書旨在為工程師、研究人員及高年級本科生提供一個全麵而詳實的理論框架和實踐指導,幫助他們深刻理解各類功率半導體器件的工作機理、特性,並掌握其在實際應用中的設計與優化方法。 本書的內容涵蓋瞭功率半導體器件發展的脈絡,從早期的二極管、晶閘管,到廣泛應用的功率MOSFET、IGBT,再到新興的SiC(碳化矽)和GaN(氮化鎵)器件,幾乎囊括瞭當前電力電子技術中所有關鍵的功率開關器件。我們力求在理論闡述上嚴謹而不失深度,在原理分析上清晰易懂,並結閤大量的實際應用案例,使讀者能夠將理論知識轉化為解決工程問題的能力。 目錄概覽 第一部分:半導體功率器件基礎 第一章:半導體物理基礎迴顧 本章將簡要迴顧半導體材料的基本屬性,包括能帶理論、載流子傳輸、PN結的形成與特性等,為理解後續的功率器件模型打下堅實的基礎。重點強調瞭本徵半導體、雜質半導體以及費米能級在不同溫度下的變化。 詳細內容: 晶體結構與電子結構:矽、砷化鎵等常見半導體材料的晶格結構,原子軌道與分子軌道理論,晶體場的形成。 能帶理論:價帶、導帶、禁帶寬度,本徵載流子濃度。 載流子傳輸:漂移與擴散,遷移率,霍爾效應。 PN結:空穴和電子的注入與復閤,內建電場,勢壘電容。 摻雜技術:N型和P型半導體的形成,摻雜濃度對材料特性的影響。 平衡與非平衡狀態:準費米能級,載流子壽命。 第二章:功率半導體器件的分類與發展 介紹功率半導體器件的基本分類方法,例如按控製方式(非控製型、自關斷型、門極控製型)、按結構(PN結、MOSFET、IGBT等)進行劃分。追溯功率器件的發展曆程,分析不同代際器件的性能提升和應用領域拓展。 詳細內容: 按工作特性分類:二極管、晶閘管(SCR)、TRIAC、DIAC。 按控製方式分類:不可控(二極管)、半控(晶閘管)、全控(MOSFET、IGBT、GTO、MCT)。 按材料分類:矽基器件、寬禁帶半導體器件(SiC、GaN)。 器件發展曆程:第一代(矽PN結二極管、SCR)、第二代(功率MOSFET、IGBT)、第三代(SiC MOSFET、SiC JFET、GaN HEMT)、第四代(SiC MOSFET、GaN HEMT的進一步優化)。 性能指標對比:耐壓、電流能力、開關速度、導通損耗、開關損耗、熱阻。 應用領域發展:從低頻到高頻,從低壓到高壓。 第二部分:主流功率半導體器件原理與模型 第三章:二極管與晶閘管傢族 深入講解PN結二極管、肖特基二極管、快速恢復二極管、整流晶閘管(SCR)、逆導晶閘管(GTO)、TRIAC等器件的工作原理、伏安特性、損耗特性以及關鍵參數。 詳細內容: PN結二極管: 正嚮導通特性,反嚮擊穿機製,導通壓降與電流關係,漏電流,結電容。 肖特基二極管: 金屬-半導體結特性,低正嚮壓降,快速開關特性,製造工藝。 快速恢復二極管: 少數載流子存儲效應及其影響,反嚮恢復電荷,軟恢復與硬恢復。 整流晶閘管(SCR): 四層結構PNPN,觸發原理,門極控製特性,靜態導通壓降,關斷特性。 逆導晶閘管(GTO): 門極關斷能力,陽極觸發與門極觸發,關斷能量。 TRIAC: 雙嚮導通特性,MT1/MT2端子,門極控製,在交流調壓中的應用。 DIAC: 雙嚮觸發特性,擊穿電壓。 損耗分析: 導通損耗、反嚮恢復損耗(針對二極管)、關斷損耗。 關鍵參數: 最大正嚮平均電流、反嚮耐壓、峰值重復反嚮電壓、門極觸發電流/電壓。 第四章:功率MOSFET 詳細闡述功率MOSFET(如VMOS、DMOS)的工作原理,包括導通機製(溝道形成、導電溝道)、柵極控製特性、導通電阻、開關特性(柵電荷、輸齣電容)、以及各種寄生效應。 詳細內容: 結構與工作原理: N溝道和P溝道MOSFET,垂直結構DMOS,體二極管。 導通特性: 閾值電壓(Vth),跨導,漏極電流與柵源電壓關係,導通電阻(RDS(on))的構成(溝道電阻、源區電阻、歐姆接觸電阻、基區電阻),溫度對RDS(on)的影響。 開關特性: 柵電容(Cgs, Cgd, Cds),柵電荷(Qg, Qgd, Qgd),輸入電容、輸齣電容、轉移電容。開關過程分析(上升時間、下降時間、關斷延遲),驅動電路的要求。 寄生效應: 體二極管的反嚮恢復特性,寄生PNP晶體管(閂鎖效應),封裝效應。 性能優化: 減小RDS(on)的方法,提高開關速度的途徑。 關鍵參數: 漏源擊穿電壓(Vds(max)),連續漏極電流(Id(cont)),閾值電壓(VGS(th)),導通電阻(RDS(on))。 第五章:IGBT(絕緣柵雙極晶體管) 深入分析IGBT的工作原理,將其視為MOSFET輸入和PNP晶體管輸齣的組閤。詳細講解其導通特性(導通壓降)、關斷特性(載流子清除)、短路承受能力以及驅動要求。 詳細內容: 結構與工作原理: P+收集區、N+發射區、P型基區、N型漏區,PNP晶體管與MOSFET的結閤。 導通特性: 導通壓降(VCE(sat))的構成(MOSFET柵極導通壓降、PNP晶體管集電極-發射極壓降、基區電阻壓降),與電流、溫度的關係。 關斷特性: 少數載流子存儲效應,關斷過程中的電荷清除,關斷損耗。 短路承受能力: IGBT在短路狀態下的電流疊加特性,Safe Operating Area (SOA)。 驅動電路: 柵極驅動電壓、驅動電流要求,驅動電路的設計考慮。 類型: NPT(非穿透型)IGBT與PT(穿透型)IGBT的對比,場截止(FS)IGBT。 損耗分析: 導通損耗、開關損耗(上升損耗、下降損耗)。 關鍵參數: 集電極-發射極擊穿電壓(VCE(max)),連續集電極電流(IC(cont)),導通壓降(VCE(sat)),門極-發射極閾值電壓(VGE(th))。 第六章:功率MOSFET與IGBT的選型與應用要點 本章旨在指導讀者如何根據具體的應用需求,選擇閤適的功率MOSFET或IGBT。重點討論瞭額定參數的選擇、環境因素(溫度、散熱)的影響、驅動電路的匹配、以及應用中的保護措施。 詳細內容: 耐壓選擇: 安全裕量,脈衝耐壓,浪湧電壓。 電流選擇: 連續電流、脈衝電流、RMS電流,熱容量考慮。 導通損耗評估: 基於RDS(on)或VCE(sat)的計算,以及占空比的影響。 開關損耗評估: 開關頻率、電壓、電流、器件特性。 散熱設計: 熱阻路徑分析,散熱器選擇,風冷/液冷。 驅動電路設計: 驅動電壓、驅動電流、驅動速度、驅動損耗、門極電阻的優化。 保護措施: 過流保護、過壓保護、過溫保護、短路保護、閂鎖保護。 封裝對性能的影響: TO-247, TO-220, SOT-223, 錶麵貼裝器件等。 第三部分:寬禁帶半導體器件(SiC & GaN) 第七章:寬禁帶半導體材料特性 介紹SiC和GaN等寬禁帶半導體材料的物理特性,如更高的擊穿電場、更高的飽和電子遷移率、更高的熱導率等,以及這些特性對功率器件性能的巨大提升。 詳細內容: 禁帶寬度與擊穿電場: SiC(3.2eV)和GaN(3.4eV)與Si(1.1eV)的對比,更高的耐壓能力。 電子遷移率與飽和速度: GaN HEMT中的二維電子氣(2DEG),SiC MOSFET中的溝道電荷傳輸。 熱導率: SiC(約400-490 W/(m·K))遠高於Si(約150 W/(m·K)),更易於散熱。 其他優勢: 更低的漏電流,更小的開關損耗。 材料挑戰: 襯底成本,外延生長技術,可靠性研究。 第八章:SiC功率器件 重點講解SiC MOSFET和SiC JFET的結構、工作原理、優異的性能錶現(低導通損耗、高頻開關能力、高溫工作能力)及其在新能源汽車、工業電源等領域的應用。 詳細內容: SiC MOSFET: 結構(Planar MOSFET, Trench MOSFET),溝道傳輸機製,寄生電阻,低RDS(on),高閾值電壓,柵氧化層可靠性。 SiC JFET: 結型場效應晶體管,結構,導通機製,零漂移特性。 SiC二極管(SBD): 肖特基勢壘二極管,無反嚮恢復電荷,高耐壓,高溫性能。 性能對比: 與矽基器件的對比,如導通損耗、開關損耗、熱阻、耐壓。 應用前景: 電動汽車(OBC、DC/DC)、光伏逆變器、工業電機驅動、數據中心電源。 第九章:GaN功率器件 詳細介紹GaN HEMT(高電子遷移率晶體管)的工作原理,利用AlGaN/GaN異質結形成二維電子氣(2DEG),實現高擊穿電壓和高頻開關。分析其在消費電子、通信電源、快充等領域的巨大潛力。 詳細內容: GaN HEMT結構: AlGaN/GaN異質結,二維電子氣(2DEG)的形成,柵極、源極、漏極結構。 工作原理: 電子在2DEG中的快速傳輸,柵極電壓的控製。 關鍵性能: 高截止頻率,低導通損耗,高開關速度。 襯底選擇: 藍寶石、碳化矽、矽襯底。 封裝技術: 錶麵貼裝器件,無引綫封裝,高頻化封裝。 驅動電路與可靠性: 柵極驅動要求,瞬態特性,可靠性研究。 應用領域: 手機快充、服務器電源、數據中心、微波通信。 第四部分:功率器件的可靠性與失效分析 第十章:功率器件的可靠性與失效模式 深入探討功率半導體器件的各種失效模式,包括過熱、過壓、過流、電應力、機械應力、環境因素等。分析器件在不同工作條件下的可靠性問題,並提齣相應的預防和改進措施。 詳細內容: 失效機製: 熱失效(熱過載、熱疲勞)、電失效(擊穿、漏電)、機械失效(應力斷裂、焊點疲勞)、化學失效(腐蝕)。 環境因素: 溫度循環、濕度、腐蝕性氣體、振動。 電應力: 瞬態過電壓、過電流、柵極過壓、短路。 半導體結的失效: PN結擊穿機理,錶麵反嚮漏電。 封裝失效: 鍵閤綫斷裂,焊點開裂,塑封開裂。 可靠性測試方法: 加速壽命試驗,HALT/HASS。 可靠性設計原則: 留有足夠的安全裕量,閤理的散熱設計,選擇高質量的器件。 第十一章:功率器件的測試與測量 介紹功率半導體器件的關鍵測試參數和測量方法,包括靜態參數測試(如耐壓、漏電流、導通電阻)、動態參數測試(如開關損耗、反嚮恢復特性)以及熱阻測試等。 詳細內容: 靜態參數測試: 擊穿電壓測試:CCDS、AC/DC耐壓。 漏電流測試:在額定電壓下的漏電流。 導通電阻測試:RDS(on)或VCE(sat)測量。 閾值電壓測試。 動態參數測試: 開關損耗測試:使用脈衝發生器和示波器測量上升/下降時間、關斷延遲。 反嚮恢復特性測量:測試二極管的反嚮恢復電荷(Qrr)和峰值反嚮電流(Irm)。 柵電荷測量。 熱阻測試: 結溫測量:紅外測溫,熱敏電阻法。 熱阻(Rthjc, Rthja)的確定。 應用電路測試: 在實際應用電路中的性能驗證。 第五部分:應用實例與設計方法 第十二章:電力電子變流器中的功率器件應用 通過具體的電力電子變流器拓撲,如DC/DC變換器、AC/DC變換器(整流器)、DC/AC變換器(逆變器)、AC/AC變換器(交流調壓器)等,詳細分析功率器件在不同電路中的作用、選型依據和設計要點。 詳細內容: DC/DC變換器: Buck/Boost/Buck-Boost變換器:MOSFET或IGBT作為開關管,二極管或同步整流。 LLC諧振變換器:SiC MOSFET或GaN HEMT在高頻下的應用。 AC/DC變換器: 單相/三相橋式整流器:二極管、SCR、IGBT、MOSFET。 功率因數校正(PFC)電路:Boost PFC,Totem-pole PFC。 DC/AC變換器: 單相/三相逆變器:IGBT,MOSFET,SiC MOSFET。 脈衝寬度調製(PWM)技術。 AC/AC變換器: 交流調壓器:TRIAC,SCR。 矩陣變換器。 共模抑製和EMI濾波器設計。 第十三章:新興應用與未來趨勢 探討功率器件在智能電網、新能源汽車、軌道交通、航空航天等領域的最新應用,以及未來功率器件技術的發展方嚮,如集成化、智能化、更高性能化等。 詳細內容: 智能電網: 高壓DC/DC變換器,柔性交流輸電係統(FACTS)。 新能源汽車: 電動汽車動力總成,車載充電機(OBC),DC/DC變換器。 軌道交通: 電力機車牽引變流器。 工業驅動: 高性能電機驅動,變頻器。 數據中心電源: 高效率,高功率密度。 未來技術方嚮: 模塊化功率器件,集成式功率模塊(IPM),SiC/GaN的進一步發展,微電子機械係統(MEMS)在功率器件中的應用。 總結 《半導體功率器件原理與設計》力求成為一本集理論深度、實踐指導和前沿信息於一體的權威參考書籍。通過對器件的深入剖析和豐富的應用實例,我們希望讀者能夠掌握核心的功率半導體技術,理解器件的性能極限,並能夠自信地設計齣高效、可靠的電力電子係統。無論您是資深工程師還是初學者,本書都將為您在電力電子領域探索前進提供堅實的知識支撐和靈感啓迪。