高压IGBT模块应用技术 9787111514237 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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龚熙国 著

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111514237

商品编码：29623567431

包装：平装

出版时间：2015-11-01

基本信息

书名:高压IGBT模块应用技术

定价：59.00元

售价：44.3元,便宜14.7元,折扣75

作者:龚熙国

出版社：机械工业出版社

出版日期：2015-11-01

ISBN：9787111514237

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

“十二五”国家重点图书出版规划项目，系统地阐述了高压IGBT模块的应用技术。

内容提要

本书全面阐述了高压模块的芯片、封装制造、测试与应用技术。在应用技术中又着重介绍了高压模块的驱动、保护、失效分析以及在轨道牵引、高压变频、风力发电和高压直流输配电中的应用要点。本书内容新颖，介绍了前沿的高压模块制造技术和应用设计技术；内容全面，涵盖了高压模块产品工程的技术：芯片技术、封装技术、制造技术、测试技术、可靠性技术和应用技术等；注重理论与实用的结合，很多内容是基于实验室和现场应用的实测结果。本书非常适合电力电子装置设计工程师、功率半导体应用技术人员参考和使用，无论从事哪个领域进行开发设计，本书都会有所助益。本书对在大专院校里从事电力电子技术研究的广大师生也很有帮助。同时本书介绍的封装技术、制造技术、测试技术、可靠性技术等对半导体器件研发工程师和科研管理者也有参考价值。

目录

前言第章概述11电力电子技术概述12功率半导体器件的发展13IGBT模块概述14IGBT模块的关键技术15IGBT模块的主要应用领域16IGBT模块的发展趋势参考文献第章高压模块的芯片技术21IGBT的基本结构和工作原理22高压芯片的发展23高压芯片的表面栅结构231平面栅232沟槽栅24高压芯片的纵向结构25英飞凌新高压芯片技术介绍：技术26日立新高压芯片技术介绍：Trench HiGT sLiPT技术27三菱电机新高压芯片技术介绍：技术28ABB新高压芯片技术介绍：技术29SiC芯片技术210RC(逆导芯片技术参考文献第章高压模块的封装与制造技术31高压模块的封装与结构311高压模块的封装312高压模块的内部拓扑电路313高压模块的内部结构314高压模块的构成材料32高压模块制造过程321晶圆制备过程322芯片制造过程323模块组装过程324模块组装完成后的测试及包装33高压模块的可靠性测试331可靠性测试概述332功率循环可靠性与热循环可靠性34高压模块封装的技术要求与发展趋势35各制造厂商高压模块型号的定义参考文献第章高压模块的动静态参数及其测试41如何阅读高压模块的数据手册411大参数412高压模块的推荐参数413特性曲线42高压模块静态参数的测试方法43高压模块动态参数的测试方法431半桥电路和双脉冲测试432高压模块的开通过程测试与分析433高压模块的关断过程测试与分析434高压模块的反向恢复过程测试与分析435FWD的测试436高压模块半桥测试平台的构建参考文献第章高压模块的驱动51高压模块驱动电路的基本功能和设计要求52高压模块开通和关断过程中的栅极电压和电流波形53栅极驱动电压的选取54栅极驱动电阻的选取55栅极输出峰值电流和驱动功率的计算56高压模块驱动电路中的DC/DC变换器57驱动电路的栅极隔离方式58栅极电压钳位技术59外接栅极发射极电阻和电容510高压模块驱动的有源钳位技术511高压模块驱动的反馈技术512高压模块分段开通与关断技术513高压模块驱动的软关断技术514电压保护电路515短脉冲抑制电路516死区时间5161死区效应5162死区时间的计算方法517驱动电路的布局与栅极布线518栅极电压的测试方法519集成高压模块驱动器介绍参考文献第章高压模块的保护61高压模块的过电压保护611高压模块关断浪涌电压产生的原因612常用直流侧电压检测电路613吸收电路614降低主回路杂散电感量615驱动电路采用有源钳位抑制浪涌电压尖峰62高压模块的短路保护621短路与过载622高压模块的种短路模式623高压模块短路能力的评价标准624短路故障的检测方法625影响短路电流大小的因素626降低高压模块短路时栅极电压峰值的方法63高压模块的过温保护631高压模块的功耗计算632结温的计算633高压模块的冷却方式64高压模块并联应用时的均流保护641影响高压模块稳态电流均衡的因素642影响高压模块动态电流均衡的因素65高压模块串联应用时的均压保护66高压模块安装时的注意事项661安装方法662导热硅脂的涂抹方法663散热器的表面粗糙度和平面度67高压模块运输与取用时的注意事项68高压模块保存时的注意事项参考文献第章高压模块的失效原因与失效模式71高压模块失效分析概述72高压模块失效与否的判定方法721用万用表简单检查高压IGBT模块是否损坏722通过参数测量准确判定高压模块是否失效73高压模块的失效原因分析731超出导致的单元失效原因732超出导致的单元失效原因733栅极过电压导致的高压IGBT模块失效原因734结温过高导致的单元失效原因735FWD单元失效原因74高压模块的失效模式741高压模块的过电压损坏模式742高压模块的过电压损坏模式743高压模块的过电流损坏模式744高压模块的过热损坏模式745功率循环失效模式746热循环失效模式747RBSOA失效模式748SCSOA失效模式749RRSOA失效模式参考文献第章高压模块在轨道牵引中的应用81轨道牵引中的电力电子技术概述82轨道牵引中的变流器主电路拓扑821电力机车和动车组车辆用牵引变流器的主电路拓扑822电力机车和动车组车辆用辅助变流器的主电路拓扑823城市轨道交通车辆用牵引逆变器的主电路拓扑824城市轨道交通车辆用辅助逆变器的主电路拓扑825牵引变流器的构成部件83高压模块在轨道牵引中的应用831轨道牵引变流器中高压模块电压电流等级的选型832对高压模块短路耐量及的要求833对高压模块关断能力的要求834对高压模块的寿命

作者介绍

文摘

序言

《高压IGBT模块应用技术》 ISBN: 9787111514237 内容简介 本书是一部系统性地阐述高压绝缘栅双极型晶体管（IGBT）模块在电力电子技术领域中广泛应用的技术专著。全书以实用为导向，深入浅出地讲解了高压IGBT模块的工作原理、关键技术、设计考量以及在各种典型应用场景下的具体实现方法。旨在为从事电力电子设备研发、设计、制造、维护及相关技术研究的工程师、技术人员、在校研究生提供一本全面、实用的参考指南。 第一章 IGBT模块概论 本章首先追溯了功率半导体器件的发展历程，重点介绍了IGBT作为现代电力电子核心器件的重要地位。详细阐述了IGBT的基本结构、导电机制和工作特性，并将其与传统的功率开关器件（如功率MOSFET、BJT、GTO）进行对比分析，突出了IGBT在耐压、电流能力、开关速度和驱动便捷性等方面的优势。 接着，本章深入探讨了IGBT模块的构成，包括IGBT芯片、续流二极管、集电极和发射极的连接方式、绝缘栅技术以及散热结构等。详细分析了不同类型IGBT模块（如单管式、半桥式、三相桥式）的特点和适用范围。特别强调了高压IGBT模块在耐压等级、功率密度、可靠性以及热管理方面所面临的挑战和关键技术。 本章还对IGBT模块的电气特性参数进行了详细解读，包括耐压电压（VCES）、集电极电流（IC）、通态压降（VCE(sat)）、开关损耗（Eon, Eoff）、结温（TJ）以及短路能力（SCM）等。解释了这些参数的物理意义及其对器件性能的影响。 第二章 高压IGBT模块的驱动与保护 驱动电路是IGBT模块正常工作的关键。本章详细介绍了IGBT的门极驱动原理，包括驱动电压、驱动电流、栅极电容以及驱动损耗。分析了驱动电路的设计原则，包括提高开关速度、减小损耗、防止误导通和提高抗干扰能力。 重点介绍了多种高压IGBT模块的驱动电路拓扑，例如： 单电源驱动电路： 结构简单，成本较低，适用于某些特定应用。 双电源驱动电路： 采用正负电源驱动，可实现更快的关断速度，减小关断损耗，特别适用于高频开关应用。 隔离驱动电路： 采用光耦、脉冲变压器或DC/DC隔离电源等方式实现高压与低压信号的隔离，是确保驱动安全和系统可靠性的重要手段。详细分析了不同隔离方式的优缺点和选型原则。 智能驱动模块（IDM）： 集成了驱动、保护和诊断功能，能够提供更优异的性能和更高的可靠性。介绍了IDM的内部结构、工作原理以及主要功能，如过流保护、欠压保护、过温保护等。 本章还着重讲解了IGBT模块的保护技术。鉴于IGBT模块在工作过程中可能面临过压、过流、短路、欠压和过温等危险情况，完善的保护机制是确保设备安全运行的生命线。详细介绍了： 过流保护： 包括基于电阻采样、霍尔效应传感器和IDM内置检测的过流保护方法，分析了保护阈值的设定、响应时间和保护策略。 短路保护： 重点讨论了IGBT的短路特性，分析了短路电流的上升过程和器件的短路耐受能力。介绍了不同保护策略，如快速关断、降低驱动电压、联合门极电阻等。 过压保护： 分析了关断过程中可能出现的关断过压，介绍了阻容吸收（Snubber Circuit）的设计原理、参数选择以及在不同电路拓扑中的应用。 欠压保护： 确保驱动电源电压在正常范围内，防止IGBT误导通或性能下降。 过温保护： 结合散热设计，通过温度传感器监测器件结温，并采取相应措施防止过热。 第三章 高压IGBT模块的散热设计 散热是高压IGBT模块应用中的另一个关键环节，直接影响器件的可靠性和使用寿命。本章详细阐述了IGBT模块的散热原理，分析了模块内部的热阻链，包括芯片结温与壳温、壳温与散热器温度、散热器温度与环境温度之间的热传导过程。 重点介绍了多种散热技术的应用： 自然冷却： 适用于低功率密度应用，介绍了散热片的选型和设计要点。 强制风冷： 通过风扇强制空气流动，提高散热效率，详细介绍了风扇的选型、风道设计以及散热器与风扇的匹配。 水冷： 适用于高功率密度和恶劣环境的应用，详细介绍了水冷板的设计、冷却介质的选择以及水循环系统的构建。 热管和相变材料： 作为辅助散热技术，介绍了其工作原理和应用优势。 本章还强调了热设计过程中的关键考量： 热阻计算： 如何准确计算模块的瞬态和稳态热阻，为散热设计提供依据。 结温估算： 根据实际工作条件下的损耗和热阻，估算IGBT模块的最高结温。 可靠性分析： 将结温控制在器件允许范围内，确保IGBT模块的长期可靠运行。 电磁兼容性（EMC）与散热的协同设计： 考虑散热结构对EMC性能的影响，以及如何优化设计以兼顾两者。 第四章 高压IGBT模块在典型电力电子变流器中的应用 本章将理论知识应用于实际，详细分析了高压IGBT模块在各类电力电子变流器中的典型应用。 变频器： 重点介绍IGBT在工业变频器中的应用，包括三相逆变电路的拓扑结构、PWM（脉冲宽度调制）控制策略、死区时间控制以及共模电压抑制等。分析了不同功率等级变频器中IGBT模块的选型和驱动保护要点。 高压直流输电（HVDC）： 阐述了IGBT在MMC（模块化多电平换流器）结构中的应用，分析了MMC的拓扑结构、子模块设计、均压技术以及能量管理策略。探讨了高压IGBT模块在HVDC系统中的优势和挑战。 电网滤波器： 介绍了IGBT在有源电力滤波器（APF）和动态电压恢复器（DVR）中的应用，分析了其在谐波补偿、电压暂降补偿等方面的作用。 开关磁阻电机（SRM）驱动： 探讨了IGBT在SRM高频斩波驱动电路中的应用，分析了SRM的驱动方式和IGBT的开关特性要求。 感应加热与焊接设备： 介绍了IGBT在感应加热电源和高频焊接设备中的应用，分析了其在高频大功率输出中的作用。 在每个应用实例中，都将结合具体的电路拓扑图，详细讲解IGBT模块的工作原理、器件选型依据、驱动与保护设计、散热方案以及实际工程中可能遇到的问题与解决方案。 第五章 高压IGBT模块的应用可靠性与寿命预测 可靠性是评价功率半导体器件性能的重要指标。本章深入探讨了影响高压IGBT模块可靠性的各种因素。 器件制造工艺与质量控制： 介绍了影响IGBT芯片和模块可靠性的关键制造工艺，以及企业在质量控制方面的措施。 电应力与热应力： 详细分析了过压、过流、短路、快速开关以及温度波动对IGBT模块产生的电应力和热应力，以及这些应力如何导致器件失效。 机械应力与环境因素： 探讨了振动、冲击、潮湿、腐蚀性气体等环境因素对IGBT模块可靠性的影响。 老化机理： 分析了IGBT模块在长期运行过程中可能发生的各种老化现象，如栅氧化层老化、金属互连线老化、键合线老化等。 基于对影响因素的分析，本章介绍了IGBT模块的可靠性评估方法和寿命预测技术。 可靠性测试： 介绍了各种加速寿命试验，如高低温循环试验、温度冲击试验、湿热试验、功率循环试验等。 故障模式与效应分析（FMEA）： 对IGBT模块可能出现的各种故障模式进行系统性分析，评估其对整个系统造成的影响。 寿命预测模型： 介绍基于统计学和物理模型的寿命预测方法，帮助工程师在设计阶段对器件寿命进行初步评估。 提高IGBT模块可靠性的设计策略： 总结了从器件选型、驱动保护、散热设计到系统集成等各个环节，如何采取有效措施来提高IGBT模块的整体可靠性。 第六章 新型高压IGBT技术发展趋势 展望未来，本章将介绍当前和未来的高压IGBT技术发展趋势。 碳化硅（SiC）与氮化镓（GaN）功率器件： 简要介绍SiC和GaN等第三代半导体材料在功率器件领域的应用前景，以及其与IGBT在性能上的对比和潜在的替代或互补关系。 IGBT的集成化与智能化： 探讨IGBT模块向着更高集成度、更高智能化的发展方向，例如集成了更多保护功能的智能功率模块（IPM）以及与控制芯片的集成。 更高耐压和更高电流密度的IGBT： 介绍下一代高压IGBT在耐压等级、电流密度和功率密度方面的技术突破。 栅极驱动与控制技术的创新： 探讨新的栅极驱动和控制技术如何进一步提升IGBT的开关性能、效率和可靠性。 新型封装技术： 介绍能够提供更优异散热性能、更低寄生参数和更高可靠性的新型IGBT模块封装技术。 本书力求内容翔实，理论与实践相结合，为读者提供一套完整的高压IGBT模块应用技术解决方案。希望通过阅读本书，读者能够深刻理解高压IGBT模块的精髓，并在实际工程应用中得心应手，推动电力电子技术的不断进步。

评分☆☆☆☆☆

这本书的章节安排逻辑性很强，从基础原理到进阶应用，层层递进，逐步深入。我尤其欣赏作者在讨论不同类型的IGBT模块时，细致地分析了它们的特点、优势和局限性，并给出了相应的选型建议。这对于我这种在实际工作中需要根据项目需求选择合适IGBT模块的读者来说，无疑是一份宝贵的参考指南。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程中，我最直观的感受就是它的实用性。作者在内容组织上，并没有一味地堆砌理论，而是将理论知识与实际应用紧密结合。例如，在讲解某个IGBT模块的驱动电路时，书中不仅给出了详细的电路分析，还提供了不同工况下的实际测试数据和波形，这些数据对于我进行实际项目开发非常有指导意义。

评分☆☆☆☆☆

除了技术内容的深度，本书在写作风格上也别具一格。作者的语言流畅，但又不失严谨，将枯燥的技术术语解释得通俗易懂。在一些关键的技术点上，作者还会引用大量的行业标准和权威文献，增加了内容的可靠性和说服力。总而言之，这是一本既有理论深度，又有实践指导意义的优秀技术书籍，强烈推荐给所有对高压IGBT模块技术感兴趣的读者。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计相当精美，封面采用了深邃的蓝色调，搭配着银白色的标题字体，给人一种专业、科技感十足的印象。纸张的触感也很不错，厚实且带有一定的韧性，翻阅起来有种沉甸甸的质感，即使是多次翻阅也不会轻易损坏。我特别喜欢书中插图的排版和清晰度，大量的原理图、电路图以及实物照片都处理得非常到位，线条清晰，色彩还原度高，这对于理解复杂的技术细节至关重要。

评分☆☆☆☆☆

让我印象深刻的是，这本书在讲解一些核心概念时，采用了非常形象的比喻和深入浅出的解释方式。比如，当作者描述IGBT的开关特性时，将其比作一个“智能阀门”，这个比喻非常生动地帮助我理解了IGBT在电流控制方面的作用。此外，书中还穿插了一些实际案例分析，这些案例覆盖了电机驱动、逆变器设计等多个领域，让我对IGBT模块在不同场景下的应用有了更清晰的认识。