IGBT器件--物理設計與應用(原書第2版)/集成電路科學與工程叢書

作者：(美)賈揚·巴利加|責編:劉星寧//朱林|譯者:丁扣寶
出版社：機械工業
ISBN：9787111789123

出版日期：2025/10/01
裝幀：平裝
頁數：557

人民幣：RMB 198 元售價：元

內容大鋼

本書詳細介紹了絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）的結構和工作原理、單元結構的設計；整個晶元架構，包括有源區、柵極焊盤和邊緣終端；保護電路；用於控制所述器件的柵極驅動電路；電路模擬模型。經過作者的構思和商業化，在過去的40年裡，IGBT已成為大部分經濟部門電源管理的重要器件。本書提供了各個經濟部門中用於每個IGBT應用的電路拓撲，以及IGBT器件結構的優化以最大限度地提高其性能。IGBT在節約能源、節約成本和減少二氧化碳排放方面對全球數十億人產生的巨大社會影響也得到了量化。本書提供了900多個參考文獻，供讀者更深入地探索這些主題，其中包括自本書第1版以來出版的許多出版物。
本書內容深入淺出，適合電力電子、微電子、功率器件、功率IC設計與製造領域的研究人員、技術人員閱讀，也可作為高等院校相關專業高年級本科生和研究生的參考書。

作者介紹

(美)賈揚·巴利加|責編:劉星寧//朱林|譯者:丁扣寶
賈揚·巴利加（B.Jayant Baliga），教授是國際公認的功率半導體器件領域的專家，發表了500多篇學術文章，擁有120項美國專利。他在IGBT概念、發展和商業化方面的工作得到了美國奧巴馬總統的認可，獲得了2011年美國國家技術創新獎章——這是美國政府授予工程師的最高榮譽，以及2014年IEEE榮譽勛章——電氣工程領域的最高榮譽。

序
第2版前言
第1版前言
作者簡介
第1章  引言
  1.1  IGBT應用範圍
  1.2  IGBT器件的基本結構
  1.3  IGBT的發展和商業化歷史
  1.4  額定功率的比例調整
  1.5  小結
  參考文獻
第2章  IGBT結構和工作模式
  2.1  對稱D-MOS結構
  2.2  非對稱D-MOS結構
  2.3  溝槽柵IGBT結構
  2.4  透明發射極IGBT結構
  2.5  新型IGBT結構
  2.6  橫向IGBT結構
  2.7  互補IGBT結構
  2.8  先進的IGBT結構
  2.9  小結
  參考文獻
第3章  IGBT結構設計
  3.1  閾值電壓
  3.2  對稱IGBT結構
    3.2.1  阻斷電壓
    3.2.2  通態特性
    3.2.3  存儲的電荷
    3.2.4  關斷開關波形
    3.2.5  關斷功率損耗
    3.2.6  功率損耗權衡曲線
  3.3  非對稱IGBT結構
    3.3.1  阻斷電壓
    3.3.2  通態特性
    3.3.3  存儲的電荷
    3.3.4  關斷開關波形
    3.3.5  關斷功率損耗
    3.3.6  功率損耗權衡曲線
  3.4  透明發射極IGBT結構
    3.4.1  阻斷電壓
    3.4.2  通態特性
    3.4.3  存儲的電荷
    3.4.4  關斷開關波形
    3.4.5  關斷功率損耗
    3.4.6  功率損耗權衡曲線
  3.5  SiC IGBT結構
    3.5.1  N溝道非對稱SiC IGBT結構
    3.5.2  阻斷特性
    3.5.3  通態壓降
    3.5.4  關斷特性

    3.5.5  每個周期的開關能量損耗
  3.6  優化非對稱SiC IGBT結構
    3.6.1  優化結構設計
    3.6.2  通態壓降
    3.6.3  關斷特性
    3.6.4  功率損耗權衡曲線
    3.6.5  最大工作頻率
  3.7  小結
  參考文獻
第4章  安全工作區設計
  4.1  寄生晶閘管
  4.2  抑制寄生晶閘管
    4.2.1  深P+擴散
    4.2.2  減小柵氧化層厚度
    4.2.3  分流結構
    4.2.4  單元拓撲
    4.2.5  防閂鎖結構
  4.3  安全工作區（SOA）
    4.3.1  正向偏置SOA
    4.3.2  反向偏置SOA
    4.3.3  短路SOA
  4.4  新型硅器件結構
  4.5  SiC器件
  4.6  小結
  參考文獻
第5章  晶元設計、保護和製造
  5.1  有源區
  5.2  柵極焊盤設計
  5.3  邊緣終端設計
  5.4  集成感測器
    5.4.1  過電流保護
    5.4.2  過電壓保護
    5.4.3  過溫保護
  5.5  平面柵器件製造工藝
  5.6  溝槽柵器件製造工藝
  5.7  壽命控制
  5.8  小結
  參考文獻
第6章  封裝和模塊設計
  6.1  分立器件封裝
  6.2  改進的分立器件封裝
  6.3  基本功率模塊
  6.4  扁平封裝功率模塊
  6.5  無金屬基板的功率模塊
  6.6  智能功率模塊
    6.6.1  雙列直插式封裝
    6.6.2  智能功率模塊介紹
  6.7  可靠性
  6.8  小結
  參考文獻

    20.3.3  二氧化碳減排
  20.4  未來的社會影響
  20.5  小結
  參考文獻
第21章  綜述
  21.1  最先進的IGBT產品
  21.2  寬頻隙半導體功率器件
    21.2.1  最先進的SiC功率MOSFET
    21.2.2  成本分析
  21.3  小結
  參考文獻

第7章  柵極驅動電路設計
  7.1  基本柵極驅動
  7.2  非對稱柵極驅動
  7.3  兩級柵極驅動
  7.4  有源柵極電壓控制
  7.5  可變柵極電阻驅動
  7.6  數字柵極驅動
  7.7  短路保護
  7.8  磁耦合柵極驅動
  7.9  Posicast柵極驅動
  7.10  降低EMI柵極驅動
  7.11  BaSIC拓撲
  7.12  小結
  參考文獻
第8章  IGBT電路模型
  8.1  基於物理的電路模型
    8.1.1  SABER NPT-IGBT電路模型
    8.1.2  SABER PT-IGBT電路模型
    8.1.3  SABER IGBT電熱電路模型
    8.1.4  SABER IGBT1模型
  8.2  IGBT模擬行為模型
  8.3  模型參數提取
  8.4  小結
  參考文獻
第9章  IGBT應用：運輸業
  9.1  汽油動力車輛
    9.1.1  凱特林機械點火系統
    9.1.2  電子點火系統
    9.1.3  點火IGBT設計
    9.1.4  雙電壓鉗位點火IGBT設計
    9.1.5  智能點火IGBT設計
    9.1.6  點火IGBT產品
  9.2  輔助汽車驅動器
  9.3  電動和混合動力電動汽車
    9.3.1  電動汽車逆變器設計
    9.3.2  電動汽車IGBT晶元設計
    9.3.3  電動汽車再生制動
  9.4  電動汽車充電站
    9.4.1  電動汽車充電要求
    9.4.2  電動汽車充電電路
    9.4.3  現代電動汽車充電站
  9.5  電動公共汽車
    9.5.1  電動公共汽車控制電路
    9.5.2  電動公共汽車充電
    9.5.3  感應式電動公共汽車充電
  9.6  有軌電車和無軌電車
  9.7  地鐵和機場列車
  9.8  電力機車
    9.8.1  直流電源母線
    9.8.2  交流電源母線

    9.8.3  多系統電動列車
  9.9  柴油電力機車
  9.10  高速電動列車
    9.10.1  電動機驅動拓撲
    9.10.2  IGBT模塊設計
  9.11  貨運列車
  9.12  船舶推進
    9.12.1  滾裝船
    9.12.2  游輪
    9.12.3  液化天然氣運輸船
    9.12.4  船舶電路斷路器
  9.13  全電商用飛機
    9.13.1  DC-DC變換器
    9.13.2  DC-AC逆變器
    9.13.3  機電式飛機方向舵執行器
    9.13.4  無刷直流電動機驅動
  9.14  全電通勤飛機
    9.14.1  民用傾轉旋翼機
    9.14.2  有源中點鉗位逆變器驅動
    9.14.3  客運無人機
  9.15  用於飛機的IGBT模塊
  9.16  IGBT宇宙射線故障
  9.17  小結
  參考文獻
第10章  IGBT應用：工業
  10.1  工業電動機驅動
  10.2  用於電動機控制的可調速驅動
  10.3  脈寬調製可調速驅動
    10.3.1  PWM波形
    10.3.2  功率損耗權衡曲線
    10.3.3  功率損耗分析
  10.4  工廠自動化
    10.4.1  互補的IGBT
    10.4.2  P溝道IGBT設計
  10.5  機器人
    10.5.1  無線纜電源
    10.5.2  工業機器人控制器
    10.5.3  線性執行器
    10.5.4  移動式龍門起重機機器人
  10.6  焊接
    10.6.1  降壓變換器
    10.6.2  變壓器耦合電源
    10.6.3  雙市電電源
    10.6.4  機器人電弧焊接
    10.6.5  消耗性電極焊接
    10.6.6  焊接用IGBT的優化
  10.7  感應加熱
    10.7.1  鍛造、退火和管材焊接
    10.7.2  流體加熱
    10.7.3  金屬熔爐

    10.7.4  用於感應加熱的IGBT設計
  10.8  銑床和鑽床
    10.8.1  高速銑床
    10.8.2  高速鑽床
    10.8.3  高速電火花加工
  10.9  鋼鐵廠和造紙廠
    10.9.1  金屬工業
    10.9.2  紙漿和造紙工業
  10.10  靜電除塵器
  10.11  紡織廠
  10.12  採礦和挖掘
  10.13  工業應用的IGBT優化
  10.14  低功率IPM
  10.15  死區補償
  10.16  混合Si IGBT/SiC MOSFET開關
  10.17  小結
  參考文獻
第11章  IGBT應用：照明
  11.1  三位一體白熾燈
  11.2  緊湊型熒光燈（CFL）
    11.2.1  CFL發光
    11.2.2  半橋鎮流器拓撲
    11.2.3  功率晶體管比較
    11.2.4  自諧振鎮流器拓撲
    11.2.5  功率因數校正
    11.2.6  用於CFL的分立IGBT設計
    11.2.7  用於CFL的集成IGBT設計
  11.3  發光二極體（LED）
    11.3.1  LED驅動器
    11.3.2  常規LED驅動器
    11.3.3  多個串聯/並聯 LED 驅動器
    11.3.4  傳導EMI
  11.4  頻閃閃光燈
    11.4.1  頻閃電路
    11.4.2  用於頻閃燈的IGBT設計
    11.4.3  專業閃光燈
  11.5  氙氣短弧燈
    11.5.1  汽車前照燈
    11.5.2  電影院放映機
  11.6  頻閃成像
  11.7  可調光燈具
  11.8  快速熱退火
  11.9  基於LED的內窺鏡
  11.10  小結
  參考文獻
第12章  IGBT應用：消費類
  12.1  大型電器
    12.1.1  空調（熱泵）
    12.1.2  電冰箱
    12.1.3  洗衣機

    12.1.4  微波爐
    12.1.5  電磁爐灶具
    12.1.6  洗碗機
  12.2  小家電
    12.2.1  攜帶型電磁爐和電飯煲
    12.2.2  食品料理機（攪拌機、榨汁機、混合器）
    12.2.3  真空吸塵器
  12.3  電視機
    12.3.1  CRT電視機
    12.3.2  等離子電視機
    12.3.3  預調節器電路
  12.4  面向消費類應用的IGBT設計優化
    12.4.1  電動機驅動的IGBT優化
    12.4.2  用於電磁爐的IGBT優化
    12.4.3  用於電視機的IGBT優化
    12.4.4  用於功率因數校正的IGBT優化
  12.5  小結
  參考文獻
第13章  IGBT應用：醫療
  13.1  X射線機
    13.1.1  串並聯諧振電源
    13.1.2  雙模電源
  13.2  電腦斷層掃描
    13.2.1  PWM諧振變換器電源
    13.2.2  旋轉龍門架諧振逆變器電源
    13.2.3  固定龍門諧振逆變器電源
  13.3  磁共振成像
    13.3.1  雙並聯四象限直流斬波功率放大器
    13.3.2  四並聯全橋功率放大器
    13.3.3  堆疊式三橋功率放大器
    13.3.4  多輸出移相功率放大器
    13.3.5  串聯電壓補償電源
    13.3.6  超級電容器儲能電源
  13.4  醫學超聲檢查
    13.4.1  超聲檢查原理
    13.4.2  脈衝電源
  13.5  除顫器
    13.5.1  AED
    13.5.2  AED中的能量產生和脈衝形成
    13.5.3  植入式心律轉復除顫器
    13.5.4  外科用心臟轉復除顫器
  13.6  醫用同步加速器
    13.6.1  CNAO磁線圈電源
    13.6.2  群馬磁線圈電源
  13.7  醫用激光
    13.7.1  脈衝壓縮網路電源
    13.7.2  電容器放電電源
    13.7.3  串/並聯變壓器電源
  13.8  滅菌和消毒
  13.9  醫療應用的IGBT設計

  13.10  小結
  參考文獻
第14章  IGBT應用：國防
  14.1  電力電子構建模塊（PEBB）
    14.1.1  PEBB-1、PEBB-2和PEBB
    14.1.2  海軍變頻器
    14.1.3  並聯有源電力濾波器
    14.1.4  三電平ANPC-VSC PEBB
    14.1.5  用於多電飛機的PEBB
  14.2  電動戰艦
    14.2.1  推進驅動選項
    14.2.2  海軍艦載配電
    14.2.3  固態轉換開關
    14.2.4  固態斷路器
    14.2.5  直接轉換系統
    14.2.6  混合ANPC H橋系統
  14.3  航空母艦
    14.3.1  軌道炮炮彈發射器
    14.3.2  飛機發射器
  14.4  核潛艇和柴電潛艇
    14.4.1  靜音電驅動
    14.4.2  IGBT能量循環
  14.5  軍用車輛
    14.5.1  雙向DC-DC變換器
  14.6  空軍噴氣式飛機
    14.6.1  配電架構
    14.6.2  攜帶型軌道炮
  14.7  導彈防禦
    14.7.1  雷達發射機
    14.7.2  速調管雷達電源
    14.7.3  多普勒雷達脈衝電源
    14.7.4  敏捷鏡面雷達
    14.7.5  戰區導彈防禦用地面雷達
  14.8  國防應用IGBT
    14.8.1  脈衝功率容量
    14.8.2  可靠性
  14.9  小結
  參考文獻
第15章  IGBT應用：可再生能源
  15.1  水力發電
    15.1.1  大型發電廠
    15.1.2  小型發電廠
    15.1.3  電壓和頻率解耦控制器
    15.1.4  輔助發電機組
  15.2  光伏發電
    15.2.1  光伏逆變器拓撲
    15.2.2  HERIC光伏逆變器
    15.2.3  三相光伏逆變器
    15.2.4  非隔離互動式光伏逆變器
    15.2.5  非隔離降壓-升壓光伏逆變器

    15.2.6  光伏逆變器最大功率點跟蹤電路
    15.2.7  電流源光伏逆變器
    15.2.8  三相電流源光伏逆變器
    15.2.9  商用光伏變換器
    15.2.10  太陽能發電場NPC2拓撲
    15.2.11  家用太陽能雙源多電平逆變器
    15.2.12  光伏儲能
    15.2.13  光伏應用中的IGBT
  15.3  風力發電
    15.3.1  風力發電機配置
    15.3.2  基本變換器拓撲
    15.3.3  海上風力發電裝置
    15.3.4  中國海上風電裝置
    15.3.5  歐洲海上風電裝置
    15.3.6  獨立風電裝置
    15.3.7  用於無功功率補償的STATCOM
    15.3.8  用於風力發電的IGBT
  15.4  波浪發電
    15.4.1  OSPREY波浪發電
    15.4.2  波浪龍發電
    15.4.3  Bolt浮筒發電
    15.4.4  最佳阻尼策略
    15.4.5  振蕩水柱
  15.5  潮汐能
  15.6  地熱能
    15.6.1  發電系統架構
  15.7  小結
第16章  IGBT應用：電力傳輸
  16.1  高壓直流（HVDC）輸電
  16.2  HVDC組件
  16.3  HVDC趨勢
    16.3.1  格拉茨橋
    16.3.2  基於CSC的HVDC
    16.3.3  STATCOM
    16.3.4  自供電IGBT開關
    16.3.5  冰球壓接IGBT設計
    16.3.6  VSC-HVDC的IGBT額定值
  16.4  交流輸電
    16.4.1  柔性交流輸電系統（FACTS）
    16.4.2  SVC
    16.4.3  STATCOM
    16.4.4  輕型SVC
    16.4.5  SVC和STATCOM在中國
    16.4.6  城市STATCOM設計
    16.4.7  STATCOM穩定性分析
  16.5  HVDC背靠背變換器
  16.6  海上輸電
    16.6.1  石油鑽井平台電力傳輸
    16.6.2  風電場輸電
  16.7  優質電力園區

  16.8  用於電力傳輸的IGBT設計
  16.9  小結
  參考文獻
第17章  IGBT應用：金融
  17.1  電能質量設備
  17.2  電力可靠性和質量
  17.3  動態電壓恢復器
  17.4  不間斷電源（UPS）
    17.4.1  富士電機公司的200kVA UPS
    17.4.2  藤倉公司的10kVA UPS
    17.4.3  東芝公司的500kVA UPS
    17.4.4  湯淺公司的3kVA UPS
    17.4.5  大金公司的UPS
    17.4.6  單級UPS拓撲
    17.4.7  無變壓器300kVA UPS
    17.4.8  帶靜態轉換開關的UPS
    17.4.9  三相四線制混合頻率並聯UPS
  17.5  優質電力園區
  17.6  UPS的IGBT設計
  17.7  IGBT UPS故障模式
  17.8  小結
  參考文獻
第18章  IGBT應用：儲能
  18.1  抽水蓄能
    18.1.1  變速抽水蓄能電站
    18.1.2  電壓驟降補償
    18.1.3  穩定風能和太陽能可再生能源
  18.2  其他儲能技術
    18.2.1  利用超級電容器儲能緩解風電故障穿越
    18.2.2  通過電池儲能緩解太陽能電壓波動
    18.2.3  電池儲能系統
    18.2.4  模糊邏輯控制的STATCOM
  18.3  數據中心儲能
    18.3.1  儲能選項
    18.3.2  分散式儲能
    18.3.3  直流電壓分配
  18.4  小結
  參考文獻
第19章  IGBT應用：其他
  19.1  智能家居
    19.1.1  智能插座和智能開關
    19.1.2  智能電源模塊
  19.2  印表機和複印機
  19.3  感應電能傳輸
    19.3.1  舞台照明
    19.3.2  嵌入式電動汽車充電器
  19.4  機場安檢X射線掃描儀
  19.5  脈衝功率
    19.5.1  馬克思高壓脈衝發生器
    19.5.2  離子注入

    19.5.3  癌症治療脈衝發生器
  19.6  粒子物理
    19.6.1  斯坦福直線加速器
    19.6.2  國際直線對撞機
    19.6.3  費米實驗室主注入機
    19.6.4  日本強子對撞機
    19.6.5  歐洲核子研究中心的大型強子對撞機
    19.6.6  散裂中子源
  19.7  脈衝激光器
    19.7.1  電源
    19.7.2  IGBT模塊
  19.8  食品滅菌
  19.9  水處理
    19.9.1  消毒
    19.9.2  海水淡化
    19.9.3  污水處理
    19.9.4  水管結垢
    19.9.5  工業和製藥污染
  19.10  石油開採
    19.10.1  油管加熱
    19.10.2  海底石油開採
    19.10.3  阿薩巴斯卡油砂
  19.11  石化廠
  19.12  氣體液化
  19.13  超導磁存儲
  19.14  聚變能
  19.15  備用發電機
  19.16  過山車
  19.17  美國國家航空航天局
    19.17.1  太空梭主發動機推力控制
    19.17.2  太空梭軌道機動系統
    19.17.3  太空梭配電
    19.17.4  國際空間站配電
    19.17.5  載人星際任務
    19.17.6  低溫電力電子
    19.17.7  IGBT故障分析
  19.18  小結
  參考文獻
第20章  IGBT的社會影響
  20.1  電子點火系統
    20.1.1  節省燃料
    20.1.2  消費者成本節約
    20.1.3  二氧化碳減排
  20.2  可調速電動機驅動
    20.2.1  電能節約
    20.2.2  電力成本節約
    20.2.3  二氧化碳減排
  20.3  緊湊型熒光燈
    20.3.1  電能節約
    20.3.2  電力成本節約

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