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寬禁帶功率器件的開關動態測試技術/集成電路科學與工程叢書

  • 作者：曾正//王宇雷//龔佳坤|責編:劉星寧//閭洪慶
  • 出版社：機械工業
  • ISBN：9787111794738
  • 出版日期：2025/11/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：290
人民幣：RMB 119 元      售價：元
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內容大鋼
    以碳化硅和氮化鎵為代表的寬禁帶半導體功率器件，是高效高質電能變換的核心基礎器件，在電氣化交通、新能源發電、輸變電裝備、航空航天、國防軍工等領域，具有不可替代的作用。然而，寬禁帶功率器件仍然沿用40年前硅功率器件的測試方法，無法滿足其超高的電壓應力、開關速度、共模干擾等測試需求。如何精準、原位地表徵寬禁帶功率器件的開關動態行為，是「晶元設計—先進封裝—高端裝備」全產業鏈的共性基礎問題，已成為寬禁帶半導體行業的痛點問題。圍繞寬禁帶功率器件的基礎研究和前沿應用，本書系統介紹了寬禁帶功率器件的應用場景和發展趨勢，梳理了寬禁帶功率器件開關動態測試的技術需求與難題挑戰，闡述了寬禁帶功率器件的開關動態測試的電路、系統和方法，分析了寬禁帶功率器件用測試儀器的理論模型和標定方法，探討了高帶寬、低雜感的分流器電流探頭創新概念，給出了高帶寬、高精度的羅氏線圈電流探頭設計方法，提出了高帶寬、高阻抗的差分電壓探頭新結構，發明了高共模抑制比、低成本的光學隔離拓展器，構建了適用於寬禁帶功率器件的高帶寬、寬量程、低侵入、高抗擾測試儀器體系。
    本書是一本理論基礎和工程實踐相結合的專著，可作為高校電力電子技術、儀器科學與技術、集成電路及相關專業高年級本科生、研究生和教師的參考書，也可供從事寬禁帶半導體功率器件研究與應用的工程技術人員參考使用。
作者介紹
曾正//王宇雷//龔佳坤|責編:劉星寧//閭洪慶
    曾正，重慶大學電氣工程學院教授，博士生導師。長期從事電力電子技術方面的研究，研究領域包括新型功率半導體器件封裝集成與應用、新能源併網變流器運行控制與穩定等。主持國家自然科學基金1項、國家重點研發計劃子課題2項，主持完成其他各類科技項目8項，出版專著2部，發表論文120余篇（包括SCI論文30余篇、ESI高被引論文1篇、F5000頂尖論文1篇），論文被引1900余次（H影響因子22），授權發明專利10余項（已轉讓1項）。
目錄
前言
第1章  寬禁帶功率器件開關動態測試的技術需求與挑戰
  1.1  寬禁帶功率器件的技術現狀與發展趨勢
    1.1.1  寬禁帶功率器件的應用場景
    1.1.2  寬禁帶功率器件的技術優勢
    1.1.3  寬禁帶功率器件的應用案例
    1.1.4  寬禁帶功率器件的發展趨勢
  1.2  寬禁帶功率器件的開關動態測試需求
    1.2.1  開關動態的測試系統
    1.2.2  開關動態的典型結果
  1.3  寬禁帶功率器件的開關動態測試挑戰
    1.3.1  功率器件的挑戰
    1.3.2  測試儀器的挑戰
  1.4  本章小結
  參考文獻
第2章  寬禁帶功率器件開關動態測試的行業調研與分析
  2.1  行業調研的背景意義
  2.2  行業調研的主要內容
  2.3  行業調研的統計結果
    2.3.1  開關動態測試的目的
    2.3.2  開關動態測試的範疇
    2.3.3  開關動態測試的儀器
    2.3.4  開關動態測試的難題
  2.4  行業調研的分析討論
    2.4.1  應用場景的需求與偏好
    2.4.2  測試探頭的影響與限制
    2.4.3  動態測試的問題與挑戰
  2.5  行業調研的技術發現
  2.6  本章小結
  參考文獻
第3章  寬禁帶功率器件的開關動態測試電路
  3.1  單脈衝測試電路
    3.1.1  測試電路的演化規律
    3.1.2  測試電路的典型波形
  3.2  雙脈衝測試電路
    3.2.1  測試電路的演化規律
    3.2.2  測試電路的典型波形
  3.3  同步整流雙脈衝測試電路
    3.3.1  測試電路的演化規律
    3.3.2  測試電路的工作原理
    3.3.3  測試電路的典型波形
  3.4  其他開關動態測試電路
    3.4.1  多脈衝測試電路
    3.4.2  多電平測試電路
    3.4.3  電流源測試電路
    3.4.4  脈衝放電測試電路
    3.4.5  軟開關測試電路
  3.5  商業化功率器件的開關動態測試電路
    3.5.1  國際標準中的測試電路
    3.5.2  Si MOSFET功率器件的開關動態測試電路

    3.5.3  Si SJ-MOSFET功率器件的開關動態測試電路
    3.5.4  Si IGBT功率器件的開關動態測試電路
    3.5.5  SiC MOSFET功率器件的開關動態測試電路
    3.5.6  GaN HEMT功率器件的開關動態測試電路
    3.5.7  功率器件開關動態測試電路的對比分析
  3.6  開關動態測試的典型應用
    3.6.1  功率變換器的死區時間設計
    3.6.2  功率變換器的運行效率評估
    3.6.3  功率器件的封裝寄生電感測試
  3.7  本章小結
  參考文獻
第4章  寬禁帶功率器件的開關動態測試條件
  4.1  測試系統構成
  4.2  直流母線
    4.2.1  直流供電電源
    4.2.2  直流母線電容
    4.2.3  緩衝吸收電路
  4.3  負荷電感
  4.4  驅動電路
  4.5  溫控平台
  4.6  脈衝發生器
  4.7  測試儀器
    4.7.1  電壓探頭
    4.7.2  電流探頭
    4.7.3  示波器
    4.7.4  同軸電纜
  4.8  其他注意事項
  4.9  本章小結
  參考文獻
第5章  寬禁帶功率器件的開關動態測試方法
  5.1  最大測試脈衝寬度的設計
    5.1.1  功率器件的測試脈衝寬度影響
    5.1.2  功率器件的溫度敏感性影響
  5.2  電壓和電流探頭的同步校正
    5.2.1  電壓和電流不同步的影響
    5.2.2  電壓和電流同步校正方法
  5.3  功率器件的開爾文連接
    5.3.1  開爾文源極連接
    5.3.2  開爾文漏極連接
  5.4  開關動態測試結果的計量方法
    5.4.1  現有標準的計量方法
    5.4.2  開關時間的計量方法
    5.4.3  開關損耗的計量方法
    5.4.4  開關速度的計量方法
  5.5  其他注意事項
  5.6  本章小結
  參考文獻
第6章  寬禁帶功率器件測試用探頭的數學模型與標定方法
  6.1  探頭帶寬拓展的基本思路
    6.1.1  傳輸線效應

    6.1.2  傳輸線的數學模型
  6.2  探頭帶寬的標定原理與方法
    6.2.1  探頭的典型埠網路
    6.2.2  探頭帶寬的標定方法
  6.3  探頭輸入阻抗的標定原理與方法
    6.3.1  反射係數法
    6.3.2  散射參量法
    6.3.3  自動平衡電橋法
    6.3.4  阻抗測量方法的對比
    6.3.5  功率器件的典型輸入阻抗
  6.4  探頭延遲時間的標定原理與方法
    6.4.1  各個測量環節的典型頻率特徵
    6.4.2  探頭延遲時間的標定方法
  6.5  探頭共模抑制比的標定原理與方法
    6.5.1  共模抑制比的定量模型
    6.5.2  共模抑制比的標定方法
  6.6  實驗結果與分析
    6.6.1  典型電流探頭的標定結果
    6.6.2  典型電壓探頭的標定結果
  6.7  本章小結
  參考文獻
第7章  寬禁帶功率器件測試用高帶寬分流器電流探頭
  7.1  寬禁帶功率器件對電流分流器的技術挑戰
  7.2  高性能電流分流器的技術定義
    7.2.1  電流分流器的性能需求
    7.2.2  電流分流器的性能實測
  7.3  電流分流器的拓撲分析及性能制約因素
    7.3.1  電流分流器的典型拓撲
    7.3.2  電流分流器的性能退化機理
  7.4  高帶寬低寄生電流分流器的設計方法
    7.4.1  阻抗匹配分流器的基本概念
    7.4.2  阻抗匹配分流器的設計方法
  7.5  實驗結果與分析
    7.5.1  輸入阻抗標定實驗結果與分析
    7.5.2  帶寬性能標定實驗結果與分析
    7.5.3  相位特性標定實驗結果與分析
    7.5.4  寄生參數標定實驗結果與分析
    7.5.5  標定結果的綜合性能對比與分析
    7.5.6  基於雙脈衝測試的綜合性能驗證
  7.6  大電流小型化電流分流器的設計方法
    7.6.1  IM-Shunt的小型化方法
    7.6.2  Mini-Shunt的基本概念與設計方法
    7.6.3  Mini-Shunt的熱網路模型
    7.6.4  Mini-Shunt的熱穩定性能
    7.6.5  Mini-Shunt的熱模擬分析
  7.7  實驗結果與分析
    7.7.1  Mini-Shunt樣機研製
    7.7.2  Mini-Shunt特性校準
    7.7.3  基於雙脈衝測試的綜合性能驗證
    7.7.4  基於穩態和脈衝測試的熱性能驗證

  7.8  本章小結
  參考文獻
第8章  寬禁帶功率器件測試用高帶寬羅氏線圈電流探頭
  8.1  寬禁帶功率器件對羅氏線圈的技術挑戰
  8.2  高帶寬羅氏線圈的數學模型
    8.2.1  傳統羅氏線圈的典型結構
    8.2.2  傳統羅氏線圈的帶寬限制
    8.2.3  傳輸線羅氏線圈的基本概念
    8.2.4  傳輸線羅氏線圈的帶寬提升機理
    8.2.5  傳輸線羅氏線圈的阻抗計算
    8.2.6  傳輸線羅氏線圈的積分器設計
  8.3  高帶寬羅氏線圈的低頻誤差降低方法
    8.3.1  偏置效應的實測結果
    8.3.2  偏置效應的產生機理
    8.3.3  偏置效應的降低方法
  8.4  高帶寬羅氏線圈的中高頻誤差降低方法
    8.4.1  渦流效應的實測結果
    8.4.2  渦流效應的產生機理
    8.4.3  渦流效應的定量分析
    8.4.4  渦流效應的物理本質
    8.4.5  渦流效應的抑制方法
  8.5  實驗結果與分析
    8.5.1  傳輸線羅氏線圈的參數設計
    8.5.2  傳輸線羅氏線圈的帶寬標定
    8.5.3  傳輸線羅氏線圈的屏蔽特性
    8.5.4  基於雙脈衝測試的性能驗證
  8.6  本章小結
  參考文獻
第9章  寬禁帶功率器件測試用高帶寬差分電壓探頭
  9.1  寬禁帶功率器件對浮動電壓測試的技術挑戰
  9.2  差分電壓探頭的拓撲分析及性能制約因素
    9.2.1  差分電壓探頭的典型測量環節
    9.2.2  功率器件開關過程的能量模型
    9.2.3  分壓網路的雜訊模型
    9.2.4  功率器件開關過程與探頭的能量交互機理
    9.2.5  差分電壓探頭的帶寬制約分析
  9.3  高帶寬差分電壓探頭的設計方法
    9.3.1  傳輸線分壓器的基本概念
    9.3.2  傳輸線分壓器的模擬分析
    9.3.3  補償濾波器的設計方法
    9.3.4  差分電壓探頭的帶寬極限
  9.4  實驗結果與分析
    9.4.1  帶寬標定實驗結果與分析
    9.4.2  精度標定實驗結果與分析
    9.4.3  輸入阻抗標定實驗結果與分析
    9.4.4  共模抑制比標定實驗結果與分析
    9.4.5  延遲時間標定實驗結果與分析
    9.4.6  開關動態表徵與評估
    9.4.7  綜合性能對比
  9.5  本章小結

  參考文獻
第10章  寬禁帶功率器件測試用高帶寬光隔離電壓探頭
  10.1  寬禁帶功率器件對電氣隔離測試的技術挑戰
  10.2  電氣隔離測試的關鍵問題與技術需求
    10.2.1  電氣隔離測試的關鍵問題
    10.2.2  電氣隔離測試的技術需求
  10.3  光學拓展器的工作原理及設計方法
    10.3.1  探頭隔離拓展的基本概念
    10.3.2  光學拓展器的工作原理
    10.3.3  光學拓展器的設計方法
  10.4  光學拓展器的頻域性能表徵方法
    10.4.1  光學拓展器的參數設計及理論性能
    10.4.2  光學拓展器前向增益特性的校準方法
    10.4.3  電氣隔離探頭與光學拓展器的性能對比
    10.4.4  光學拓展器與非隔離探頭的性能擴展
  10.5  實驗結果與分析
    10.5.1  高側和低側柵-源極電壓測試
    10.5.2  高側漏-源極電壓測試
    10.5.3  高側漏極電流測試
  10.6  本章小結
  參考文獻

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