正版新书--电力半导体器件原理与应用 赵争鸣 机械工业出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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赵争鸣 著

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111356660

商品编码：29488559114

包装：平装

出版时间：2011-10-01

基本信息

书名：电力半导体器件原理与应用

定价：49.80元

作者：赵争鸣

出版社：机械工业出版社

出版日期：2011-10-01

ISBN：9787111356660

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.341kg

编辑推荐

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《电力半导体器件原理与应用》由袁立强、赵争鸣、宋高升、王正元编著，共分为8章，章主要阐述电力半导体器件的基本功能和用途；第2章介绍半导体器件物理基础，包括半导体与导体、绝缘体，原子中的电子能级，晶体中的能带等；第3章阐述双极型电力半导体器件基本原理，包括单PN结器件及多PN结特性；第4章介绍单极型及混合型电力半导体器件基本原理，涉及结型场效应器件、静电感应器件、功率MOS―FET、混合型器件IGBT和混合型器件IGcT等；第5章叙述电力半导体器件的特性和参数，包括双稳态和双瞬态的基本工作状态，通态特性、阻态特性、开通过程、关断过程、触发特性以及系统安全工作区等；第6章重点分析了电力半导体器件应用特性，包括电力半导体器件的串、并联使用、电力半导体器件可靠性和失效分析以及电力半导体器件的保护等；第7章进一步分析了变换器中电力半导体器件的应用特性，着重考虑电力半导体器件与变换器中其他因素之间的关系；第8章介绍适用于变换器仿真的电力半导体器件建模，以为变换器主回路优化设计所用。

内容提要

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《电力半导体器件原理与应用》由袁立强、赵争鸣、宋高升、王正元编著，力求从电力半导体器件应用的角度来诠释和分析其基本原理和应用特性。全书共分为8章，章主要阐述电力半导体器件的基本功能和用途；第2章介绍半导体器件物理基础，包括半导体与导体、绝缘体，原子中的电子能级，晶体中的能带等；第3章阐述双极型电力半导体器件基本原理，包括单pn结器件及多pn结特性；第4章介绍单极型及混合型器件电力半导体器件基本原理，涉及结型场效应器件、静电感应器件、功率mosfet器件、混合型器件igbt和混合型器件igct等；第5章叙述电力半导体器件的特性和参数，包括双稳态和双瞬态的基本工作状态，通态特性、阻态特性、开通过程、关断过程、触发特性以及系统安全工作区等；第6章重点分析了电力半导体器件应用特性，包括电力半导体器件的串、并联使用、电力半导体器件可靠性和失效分析以及电力半导体器件的保护等；第7章进一步分析了变换器中电力半导体器件应用特性，着重考虑电力半导体器件与变换器中其他因素之间的关系；第8章介绍适用于变换器仿真的电力半导体器件建模，以为变换器主回路优化设计所用。
《电力半导体器件原理与应用》可作为电机系统及其控制、电力电子与电力传动等学科研究生专业课程的参考书，也可供从事电力电子技术应用的科技人员和有关科技管理人员参考。

目录

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序言
前言
章　绪论
　1.1　电力半导体器件的基本功能和用途
　1.2　电力半导体器件的基本分类和应用
　　1.2.1　按照电力半导体器件控制特性分类
　　1.2.2　按照电力半导体器件发展分类
　　1.2.3　按照电力半导体器件驱动方式分类
　　1.2.4　按照电力半导体器件中载流子性质分类
　1.3　di/dt和du/dt在电力半导体器件中的特殊意义
　1.4　电力半导体器件的发展
　参考文献
第2章　半导体器件的物理基础
　2.1　半导体与导体、绝缘体
　2.2　原子中的电子能级
　　2.2.1　孤立原子中的电子能级
　　2.2.2　两个原子之间的共价键
　2.3　晶体中的能带
　　2.3.1　晶体中的能级――能带
　　2.3.2　晶体中的禁带宽度
　　2.3.3　半导体的晶体结构
　2.4　本征半导体与杂质半导体
　　2.4.1　电子与空
　　2.4.2　费米狄拉克分布
　　2.4.3　从本征半导体到杂质半导体
　　2.4.4　杂质半导体的关键参数
　2.5　半导体中的载流子运动
　　2.5.1　电离与复合
　　2.5.2　布朗运动
　　2.5.3　漂移运动
　　2.5.4　扩散运动
　参考文献
第3章　双极型电力半导体器件基本原理
　3.1　单pn结器件运行原理
　　3.1.1　pn结的基本结构
　　3.1.2　平衡条件下的pn结
　　3.1.3　偏置条件下的pn结
　3.2　pn结的运行特性
　　3.2.1　pn结的击穿与穿通
　　3.2.2　pn结的电容效应
　　3.2.3　pn结器件的电路特性
　3.3　pin器件运行原理
　　3.3.1　pin二极管基本结构和正偏置下的行为
　　3.3.2　pin二极管的恢复特性
　3.4　三层两结器件运行原理
　　3.4.1　双极晶体管的基本结构
　　3.4.2　双极晶体管中pn结的相互作用
　3.5　四层三结器件运行原理
　　3.5.1　晶闸管的基本结构
　　3.5.2　晶闸管的基本工作原理
　　3.5.3　gto的基本结构和基本工作原理
　参考文献
第4章　单极型及混合型电力半导体器件基本原理
　4.1　肖特基势垒器件
　　4.1.1　肖特基势垒
　　4.1.2　肖特基二极管的基本结构
　　4.1.3　肖特基二极管的基本工作原理
　4.2　结型场效应器件和静电感应器件
　　4.2.1　结型场效应晶体管的基本结构
　　4.2.2　结型场效应晶体管的基本工作原理
　　4.2.3　静电感应晶体管的基本结构和工作原理
　　4.2.4　静电感应晶闸管的基本结构和工作原理
　4.3　功率mosfet
　　4.3.1　mos结构
　　4.3.2　mosfet的基本结构
　　4.3.3　mosfet的基本工作原理
　　4.3.4　功率mosfet
　4.4　混合型器件igbt
　　4.4.1　igbt的基本结构
　　4.4.2　igbt的基本开关原理
　　4.4.3　igbt结构的一些演变
　　4.5　混合型器件igct
　　4.5.1　igct的基本结构
　　4.5.2　igct的工作原理
　参考文献
第5章　电力半导体器件的特性和参数
　5.1　双稳态和双瞬态的基本工作状态
　　5.1.1　特性与参数关系
　　5.1.2　双稳态与双瞬态
　　5.1.3　额定值与特征值
　5.2　通态特性及其参数
　　5.2.1　单极型器件的通态特性与参数
　　5.2.2　双极型和混合型器件的通态特性与参数
　　5.2.3　通态中的电阻及并联特性
　5.3　阻态特性及其参数
　　5.3.1　器件的阻态特性及其参数
　　5.3.2　阴极(阳极)短路发射极结构
　　5.3.3　穿通与击穿
　5.4　开通过程及参数
　　5.4.1　器件开通的物理过程
　　5.4.2　典型器件的开通过程
　　5.4.3　放大门极结构(ag)
　5.5　关断过程及其参数
　　5.5.1　器件关断的物理过程
　　5.5.2　典型器件的关断特性
　　5.5.3　反向恢复特性
　5.6　触发的类型和特性
　　5.6.1　触发过程的物理现象及参数
　　5.6.2　典型器件的触发特性及其参数
　5.7　器件特性及系统安全工作区
　　5.7.1　电力半导体器件特性对比
　　5.7.2　变换器系统安全工作区
　参考文献
第6章　电力半导体器件应用特性分析
　6.1　电力半导体器件的串、并联使用
　　6.1.1　电力半导体器件的并联使用
　　6.1.2　电力半导体器件的串联使用
　6.2　电力半导体器件可靠性和失效分析
　　6.2.1　电力半导体器件可靠性概述
　　6.2.2　电力半导体器件失效分析
　　6.2.3　igbt的失效分析
　　6.2.4　igct的失效分析
　6.3　电力半导体器件的保护
　　6.3.1　电力半导体器件保护简述
　　6.3.2　igbt的保护
　　6.3.3　igct的保护
　参考文献
第7章　变换器中电力半导体器件应用特性分析
　7.1　电力电子变换器的基本换流行为
　　7.1.1　变换器的常用拓扑结构
　　7.1.2　理想基本拓扑单元及换流行为
　　7.1.3　基于电力半导体特性的变换器换流行为
　7.2　吸收电路关键参数设计及优化
　　7.2.1　线性吸收电路的假设和定义
　　7.2.2　线性吸收电路的参数优化和分析
　　7.2.3　igbt吸收电路
　　7.2.4　igct吸收电路
　7.3　电力半导体器件特性的相互影响范例分析
　　7.3.1　基于igct的三电平逆变器基本换流方式
　　7.3.2　三电平逆变器中器件稳态特性相互影响
　　7.3.3　三电平逆变器中器件暂态特性相互影响
　参考文献
第8章　适用于变换器仿真的电力半导体器件建模
　8.1　变换器仿真中的电力半导体器件建模
　　8.1.1　对变换器仿真的基本理解
　　8.1.2　变换器中器件建模分类
　　8.1.3　半导体器件的基本物理现象
　　8.1.4　半导体器件的基本仿真方法
　8.2　适用于变换器仿真的igbt模型
　　8.2.1　igbt工作机理数学描述
　　8.2.2　igbt模型的参数提取和模型实现
　　8.2.3　实验和仿真
　　8.2.4　igbt模型的应用
　8.3　适用于变换器仿真的igct模型
　　8.3.1　igct功能型模型简述
　　8.3.2　igct模型结构和参数求解
　　8.3.3　igct仿真与实验对比
　　8.3.4　igct模型的应用
　8.4　变换器中的开关器件损耗计算以及热路分析
　　8.4.1　器件损耗及热阻模型
　　8.4.2　基于igbt的两电平变换器损耗分析范例
　　8.4.3　基于igct的三电平变换器损耗分析范例
　　8.4.4　不同封装器件热路分析对比
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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精研电力电子核心，驱动绿色能源未来 电力电子技术，作为 modern energy system 的心脏，其发展脉搏直接关系到能源的高效利用、环境保护以及新型产业的崛起。从家用电器到工业制造，从通信基站到电动汽车，再到浩瀚的能源网络，电力电子器件无处不在，默默地扮演着能量转换与控制的关键角色。本书旨在深入剖析电力电子器件的科学原理，并将其转化为驱动各行各业创新与进步的强大应用力量。 器件原理：探究微观世界，理解宏观性能 本书将以严谨的科学态度，带领读者穿越微观半导体世界，洞悉电力电子器件的本质。我们将从PN结的形成与特性入手，逐步深入到各种经典及新型电力电子器件的内部结构、工作机理、关键参数及其物理过程。 二极管家族： 从基础的整流二极管，到高频、耐高压的肖特基二极管，再到具有快速开关特性的快恢复二极管，我们将详细阐述它们的结构设计、载流子行为、以及在不同应用场景下的优势与局限。理解二极管的导通与关断特性，是掌握更复杂器件的基础。 晶闸管（Thyristor）系列： 这是电力电子领域具有里程碑意义的器件。我们将深入探讨普通晶闸管（SCR）的触发、导通、关断机制，以及其在可控整流、交-直流转换等大功率应用中的原理。在此基础上，还将介绍双向晶闸管（TRIAC）在交流调压中的应用，以及门极可关断晶闸管（GTO）、晶闸管-晶体管混合器件（IGCT）等高性能晶闸管，分析它们如何通过改进控制方式，实现更精确、高效的功率控制。 功率晶体管： 功率金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）以其优异的开关速度和低导通损耗，在低压、高频领域占据主导地位。本书将详细解析MOSFET的栅极控制、沟道形成、漏源电流特性，并探讨其在高频开关电源、DC-DC变换器中的应用。同时，我们将重点介绍功率双极结型晶体管（BJT），分析其电流放大作用和电压控制特性，并阐述其在高压、大电流应用中的适用性，以及与MOSFET的性能权衡。 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）： 作为MOSFET和BJT的融合体，IGBT集两者的优点于一身，在中小功率、高电压应用中表现出色。本书将深入剖析IGBT的PNPN结构，解析其混合导电模式，重点关注其软开关特性、通态压降、以及动态关断行为。读者将理解IGBT如何在高速发展的变频器、伺服驱动等领域发挥关键作用。 新型电力电子器件： 随着半导体材料科学和制造工艺的不断进步，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等宽禁带半导体材料正引领着电力电子技术的革新。我们将介绍SiC MOSFET、SiC JFET、GaN HEMT等新型器件，分析它们在高耐压、高温、高频工作下的独特优势，并展望它们在新能源汽车、高效电源、以及航空航天等前沿领域的广阔应用前景。 本书在器件原理的阐述上，将辅以大量的数学模型和物理图示，帮助读者建立直观的理解。我们将从载流子输运、能带理论、以及电场分布等微观层面出发，推导出宏观器件的电气特性，确保读者不仅知其然，更知其所以然。 器件应用：驱动创新实践，赋能产业升级 电力电子器件的价值在于其强大的应用能力。本书将以理论联系实际为导向，详细介绍各类电力电子器件在不同领域的典型应用电路和系统设计。 开关电源（SMPS）： 作为 modern life 的“能量转换器”，开关电源的普及离不开高效的电力电子器件。我们将深入分析Buck、Boost、Buck-Boost等基本拓扑的原理，以及LC、LLC、全桥等复杂拓扑的设计要点。本书将详细阐述MOSFET、IGBT等器件在开关电源中的选型原则、驱动电路设计、以及散热与电磁兼容（EMC）问题。 逆变器与变频器： 将直流电转换为交流电的逆变器技术，是连接直流能源（如太阳能、电池）与交流电网或负载的关键。本书将重点介绍单相、三相逆变器的电路结构，如SPWM（空间矢量脉宽调制）等控制策略。我们将深入分析IGBT、MOSFET等器件在变频器中的应用，以及如何通过控制频率和电压，实现电机的高效、精确驱动，赋能工业自动化和新能源汽车。 DC-DC变换器： 广泛应用于通信电源、便携式设备、以及电动汽车充电系统的DC-DC变换器，是实现电压等级转换的基石。本书将详细介绍各种DC-DC变换器的拓扑结构，如隔离型与非隔离型、同步整流等，并分析不同器件在这些电路中的性能表现和应用优势。 新能源发电与并网： 随着全球对清洁能源需求的日益增长，太阳能光伏、风力发电等技术蓬勃发展。本书将深入探讨光伏逆变器、风力发电机组变流器等关键电力电子系统的设计原理，重点分析IGBT、SiC器件在提高系统效率、降低损耗方面的关键作用，以及如何实现与电网的稳定、安全并网。 电动汽车（EV）与混合动力汽车（HEV）： 电动汽车是电力电子技术最集中的应用领域之一。本书将详细介绍电动汽车的驱动电机控制器、电池管理系统（BMS）、以及车载充电机等核心电力电子模块。我们将分析IGBT、SiC MOSFET等器件在电机驱动、能量回收、以及快速充电中的应用，以及如何通过优化设计，提升电动汽车的续航里程和性能。 电能质量与无功功率补偿： 随着电力电子设备的广泛应用，电网的电能质量问题日益凸显。本书将介绍有源电力滤波器（APF）、静止无功补偿器（SVG）等先进的电能质量改善技术，并分析其中使用的电力电子器件如何实现对谐波和无功功率的精确补偿，保障电网的稳定运行。 工业驱动与智能控制： 在冶金、化工、矿山等重工业领域，大功率电机驱动系统是核心装备。本书将介绍晶闸管换流器、IGBT变频器在这些场景下的应用，以及如何结合先进的控制算法，实现生产过程的自动化、智能化和节能化。 在应用部分的讲解中，本书强调理论与实践的结合。我们将通过大量的典型应用案例，展示电力电子器件如何在实际工程中解决问题，创造价值。同时，我们将引导读者思考不同器件在具体应用场景下的选型依据、设计考量以及优化方向。 面向读者与学习目标 本书适合于高等院校电子信息工程、电气工程及其自动化、能源动力工程等专业本科生、研究生，以及从事电力电子、新能源、电动汽车、工业控制等领域的研究人员和工程技术人员。 通过学习本书，读者将能够： 1. 深刻理解 各种主流电力电子器件（二极管、晶闸管、MOSFET、IGBT、SiC、GaN等）的内部结构、工作原理、性能特点及优缺点。 2. 掌握 电力电子电路的基本分析方法和设计技巧，包括开关电源、逆变器、DC-DC变换器等典型拓扑。 3. 熟悉 电力电子器件在新能源、电动汽车、工业驱动等关键领域的应用，并理解其在系统中的作用。 4. 具备 根据具体应用需求，合理选择电力电子器件，并进行初步系统设计的初步能力。 5. 了解 电力电子技术的最新发展趋势和前沿技术，为未来的学习和研究打下坚实基础。 本书内容详实，条理清晰，图文并茂，力求将复杂的电力电子理论与工程实践有机地结合起来，帮助读者构建扎实的理论基础和优秀的工程实践能力，从而更好地理解和参与到这场由电力电子技术驱动的绿色能源革命之中。

评分☆☆☆☆☆

这本书就像是点亮我电气学习之路的一盏明灯，每次翻开它，都能在那些复杂的公式和图表中找到清晰的脉络。作者赵争鸣教授的叙述方式非常引人入胜，他没有仅仅停留在理论的堆砌，而是将那些抽象的概念与实际的应用紧密地结合起来。比如，在讲解MOSFET的导通机制时，他会用非常形象的比喻来解释载流子是如何在沟道中运动的，这对于我这种初学者来说，极大地降低了理解门槛。更让我惊喜的是，书中不仅详细讲解了MOSFET、IGBT等主流电力半导体器件的结构、特性和工作原理，还对这些器件在不同领域的应用进行了深入剖析。从开关电源到电机驱动，再到新能源汽车的功率转换系统，每一个案例都让我看到理论知识如何转化为现实世界的强大动力。尤其是关于保护电路的设计和故障分析的部分，写得非常细致，我从中学会了如何规避一些常见的错误，如何确保系统的稳定运行。这本书的插图也非常精美，那些电路图和波形图都绘制得清晰规范，配合文字说明，使得学习过程更加直观。我甚至觉得，这本书不仅仅是一本教材，更像是一位经验丰富的导师，一直在耐心地引导我探索电力半导体世界的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

这本书带给我的不仅是知识的增长，更是思维方式的启发。作者赵争鸣教授的笔触细腻而深刻，他善于将枯燥的技术语言转化为引人入胜的叙述。在讲解一些复杂的概念时，他会运用类比和比喻，让原本晦涩难懂的原理变得生动形象。例如，在解释半导体材料的能带结构时，他用“楼梯”和“台阶”来比喻电子的能级，将抽象的物理概念具象化，极大地提升了我的理解效率。书中对于器件的性能参数的分析也非常到位，不仅仅是简单罗列，而是深入剖析了这些参数是如何影响器件的实际性能，以及在不同应用场景下应该如何选择合适的器件。我尤其欣赏书中关于器件的可靠性与寿命预测那一部分，这部分内容在很多同类书籍中都很少涉及，但对于实际工程设计来说至关重要。作者从材料、工艺、工作条件等多个维度，详细阐述了影响器件寿命的因素，并给出了一些实用的建议。这本书让我意识到，学习电力半导体器件，不仅仅是掌握原理，更重要的是理解它们如何在实际系统中发挥作用，以及如何确保系统的稳定性和可靠性。

评分☆☆☆☆☆

这本书在我心目中的地位，如同建筑师手中的蓝图，为我勾勒出电力半导体世界的宏伟蓝图。赵争鸣教授的写作风格，可以说是集严谨与通俗于一体，既有学术研究的深度，又不失工程应用的广度。书中的每一个章节都像是精心设计的乐章，从基础的和弦到复杂的变奏，层层递进，引人入胜。我特别喜欢书中对功率损耗和散热问题的分析，作者不仅仅是给出了计算公式，而是详细讲解了不同损耗机制的成因，以及如何通过器件选择和电路设计来优化散热，从而提高系统的效率和可靠性。这一点对于实际工程项目的设计至关重要。另外，书中对脉冲宽度调制（PWM）技术的讲解也让我受益匪浅。作者不仅阐述了PWM的基本原理，还深入分析了不同调制策略的特点以及它们在电机控制和开关电源中的应用。通过这本书，我仿佛打开了一扇新的大门，看到了电力电子技术在现代社会中扮演着如此关键的角色，从我们日常使用的电器到庞大的工业系统，都离不开这些小小的半导体器件。这本书让我对这个领域产生了更浓厚的兴趣，也激发了我进一步深入学习的动力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构设计非常合理，从基础的PN结特性讲起，逐步深入到各种复杂半导体器件的工作原理，再到实际的应用电路设计，逻辑清晰，层层递进。作者在讲解基础知识时，非常注重概念的引入和铺垫，确保读者能够循序渐进地掌握核心概念。例如，在介绍二极管的伏安特性时，不仅给出了理论曲线，还详细解释了正向导通、反向截止以及击穿等关键区域的物理机制。对于一些较难理解的器件，如IGBT，作者更是花了大量的篇幅进行讲解，从其混合结构到动态特性，都做了非常细致的阐述。在应用部分，书中涵盖了非常广泛的领域，从传统的电力电子设备到新兴的智能电网和电动汽车，都提供了丰富的案例研究。我特别喜欢关于电机驱动那一部分，作者详细介绍了各种驱动策略，以及如何通过控制半导体器件来实现精确的转速和转矩控制，这对于我从事相关研究工作非常有帮助。书中还包含了大量的实验数据和仿真结果，这些都为理论知识提供了有力的佐证，也让读者能够更好地将理论与实践相结合。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我最大的感受就是它在理论的严谨性与内容的实践性之间找到了一个完美的平衡点。书中的每一个公式推导都经过了精心的论证，每一个结论都建立在扎实的物理学基础上，这对于我这种追求深度理解的读者来说，无疑是巨大的满足。作者在讲解不同器件的特性时，不仅给出了理想化的模型，还充分考虑了实际工作中的各种非理想因素，例如寄生效应、结电容、温漂等，这些细节的处理，让我对器件的实际性能有了更深刻的认识。在应用部分，书中列举了大量实际的工程案例，比如高效率的LED驱动电源设计，或者高效的太阳能光伏逆变器拓扑。这些案例的分析不仅仅停留在“是什么”，更深入地探讨了“为什么”这样做，以及这样做带来的性能优势和潜在的挑战。我尤其欣赏作者在讲解一些复杂电路时，会从多个角度进行分析，比如从功率损耗的角度、从电磁兼容的角度、从热管理角度等等，这种多维度的分析方法，让我能够更全面地评估一个设计方案的优劣。我感觉自己好像不仅仅是在阅读一本书，而是在参与一场深入的工程讨论，从中学习到了宝贵的工程经验和设计思路。