本书首先介绍了IGBT的内部结构，然后通过电路原型或基本模型推导出的IGBT变体形式。在此基础上，探讨了IGBT的封装技术。本书还讨论了IGBT电气特性和热问题，分析了IGBT的特殊应用和并联驱动技术。这些分析还包括了IGBT的实际开关行为特性、电路布局、应用实例以及设计规则。
前言自20世纪80年代以来，IGBT技术得到迅速发展。IGBT作为标准组件广泛地应用于功率范围从几百瓦到几兆瓦的电力电子设备中。在IGBT的发展进程中，IGBT的封装形式多种多样，如分立元件单管TO-247封装、大功率模块封装以及其他同时包含IGBT、电子元器件、特定功能的复杂设计封装。
本书的主要目的是使读者能够更容易地理解IGBT的基本特性以及IGBT和电力电子应用之间的相互作用关系。有些著作往往忽略了IGBT的一些实用细节和专业知识，或者在某种程度上没有清晰地解释IGBT和实际应用之间的关系。本书汇集了有关IGBT在电力电子应用中的详细资料，并通过作者在该领域的经验对其进行补充和完善。
本书首先介绍了IGBT的内部结构，然后通过电路原型或基本模型推导出的IGBT变体形式，并在此基础上探讨了IGBT的封装技术。本书还讨论了IGBT的电气特性和热问题，分析了IGBT的应用特性、并联驱动技术、实际开关特性、电路布局、应用实例以及设计规则。同时还考虑了电力电子应用中涉及的工程测量技术和信号电子学。最后从电力电子装置的质量和可靠性方面探讨了对IGBT和IGBT模块的需求。
在各章的介绍中，本书试图尽可能形象化地来表述，尽量避免采用过多的公式，所以本书的图形和表格超过了500张。然而，如果公式能够更清楚地解释一些基本原理或者与常用的IGBT密切相关，也会采用公式来进行表述。我们希望借此获得理论分析和实践应用之间的平衡。
感谢我们的家人和朋友，因为本书花费了我们几年有限的业余时间。
感谢LeoLorenz教授、JostWendt、HubertLudwig和MartinHierholzer,同时还要感谢英飞凌科技有限公司，正是在他们的帮助下本书才得以完成。
虽然作者已经精心编写本书，但是仍可能存在一些缺漏和错误，欢迎批评和指正。
安德烈亚斯·福尔克麦克尔·郝康普瓦尔施泰因，2010年夏
译者序
序
前言
第1章功率半导体1
11简介1
111本征载流子浓度2
112掺杂4
113载流子在半导体中的运动6
114载流子的产生与复合8
115PN结9
116反向击穿12
117制造工艺13
12二极管16
121快恢复二极管17
122电源（整流）二极管19
123肖特基二极管19
124齐纳二极管与雪崩二极管20
13晶闸管21
14双极结型晶体管和场效应晶体管22
141双极结型晶体管（BJT）22
142场效应晶体管（FET）24
15绝缘栅双极型晶体管（IGBT）28
151穿通（PT）型IGBT32
152非穿通（NPT）型IGBT34
153场终止（FS）型IGBT35
154沟槽栅（Trench）IGBT35
155载流子储存沟槽栅
双极晶体管（CSTBTTM）37
156注入增强栅晶体管（IEGT）38
157沟槽栅场终止IGBT
（Trench-FSIGBT）38
158逆导型IGBT（RCIGBT）38
159IGBT集成的额外功能39
16前景展望41
17制造商43
本章参考文献44
第2章IGBT器件结构47
21简介47
22IGBT模块的材料48
221塑料框架48
222衬底50
223基板51
224塑模材料、环氧树脂和硅胶52
23电气键合工艺53
231内部电气连接技术54
232外部电气连接技术60
24设计理念69
241标准IGBT模块69
242压接式IGBT69
243智能功率模块（IPM）70
244IGBT模制模块71
245分立式IGBT72
246套件73
25半导体的内部并联74
26低感设计76
27IGBT模块的电路拓扑77
28IGBT绝缘配合79
281电气间隙和爬电距离80
282绝缘电压82
283局部放电83
29制造商概览84
本章参考文献85
第3章电气特性87
31简介87
32二极管的正向特性94
33二极管的开关特性96
331二极管的开通96
332二极管的关断98
34IGBT的正向特性101
35IGBT的开关特性103
351IGBT的开通特性103
352IGBT的关断特性105
353栅极电荷和密勒效应106
354NPTIGBT与沟槽栅IGBT关断
特性比较分析107
36短路特性108
37阻断特性111
38静态和动态雪崩击穿112
39杂散电感113
310不同的半导体来源115
本章参考文献116
第4章热原理118
41简介118
411定义118
412热传导119
413热辐射123
414对流125
42材料以及导热性能126
43热模型131
44散热器136
441空冷散热器137
442液冷散热器138
本章参考文献140
第5章模块数据手册141
51简介141
52IGBT141
53续流二极管144
54整流二极管（PIM/CIB模块）145
55制动斩波器（PIM/CIB模块）145
56负温度系数热敏电阻（可选）146
57模块147
58图表148
59电路的拓扑结构149
510封装图149
本章参考文献150
第6章IGBT驱动151
61简介151
62信号传输152
621电平转换152
622光电耦合器156
623脉冲变压器157
624电容耦合器160
625光纤161
626总结162
63IGBT栅极驱动器163
64驱动器电源173
641自举电路174
642DC－DC变换器176
643欠电压闭锁179
65耦合电容180
66影响开关特性的参数181
661栅极电阻181
662栅-射极的外接电容CG183
663栅极引线电感186
67保护措施187
671UCESat的监控187
672集-射极钳位195
673栅极钳位204
674密勒钳位207
675利用发射极的寄生电感209
676两电平关断210
677软关断212
68逻辑功能212
681最小脉冲抑制213
682死区生成和半桥互锁213
683错误消息，阻断时间和故障
存储214
69安全停止214
610并联和串联216
6101并联216
6102串联连接217
611三电平NPC电路217
612综合性能和成本选择驱动器218
613制造商概述219
本章参考文献219
第7章实际应用中的开关特性221
71简介221
72IGBT的控制电压221
721正电压控制221
722负电压控制和0V关断222
73最小开通时间225
74死区227
75开关速度228
76短路关断229
77杂散电感的影响233
771换流通路杂散电感233
772栅极通路杂散电感235
78安全工作区236
781IGBT反偏安全工作区和短路
安全工作区236
782二极管安全工作区237
79IGBT反向阻断电压237
710集成碳化硅续流二极管的硅IGBT238
711降载开关和(准)谐振开关240
7111缓冲电路240
7112谐振开关244
本章参考文献246
第8章IGBT模块的并联和串联247
81简介247
82并联247
821静态工作注意事项248
822动态工作注意事项251
823栅极驱动并联253
824外部平衡组件并联连接259
83串联262
本章参考文献264
第9章射频振荡265
91简介265
92短路振荡266
93IGBT关断振荡267
94拖尾电流振荡268
本章参考文献270
第10章机械安装指导271
101简介271
102连接技术271
1021电气连接271
1022散热器安装和导热硅脂272
1023直接冷却模块安装276
103环境影响277
1031机械负载277
1032气体和液体278
104运输与储存279
本章参考文献279
第11章基本电路与应用实例280
111简介280
112AC－DC整流器和制动斩波器281
1121主动前端287
1122维也纳整流器288
113DC－DC变换器289
1131降压型变换器290
1132升压型变换器291
1133升降压型变换器292
1134H桥电路293
114DC－AC逆变器294
1141电压源逆变器294
1142多电平逆变器296
1143电流源逆变器299
1144Z源逆变器299
115AC－AC变换器303
116应用举例305
1161伺服驱动305
1162不间断电源305
1163太阳能逆变器307
1164风能逆变器308
1165牵引逆变器310
1166开关磁阻电动机311
1167中压逆变器312
本章参考文献313
第12章信号测量和仪器315
121简介315
122数字存储示波器315
123电流测量317
1231基于无磁原理的电流测量318
1232基于电磁原理的电流测量325
124电压测量330
125温度测量332
126双脉冲测试337
本章参考文献340
第13章逆变器设计341
131简介341
132逆变器的组成341
133电压等级342
134寄生元件343
135直流母线344
136吸收电容346
137驱动单元安装348
138电气间隙和爬电距离350
139电机电缆长度的影响350
1310滤波器352
13101电源滤波器352
13102直流母线滤波器353
13103输出滤波器354
1311熔断器355
1312调制算法的影响357
1313基本公式361
13131输入整流361
13132输出逆变362
13133直流母线362
本章参考文献362
第14章质量与可靠性364
141简介364
142应用中的失效机理365
143加速模型367
144型式试验和常规试验370
1441HTRB测试372
1442HTGS测试372
1443H3TRB测试372
1444TST373
1445TC测试373
1446PC测试374
145提高负载周次能力的措施376
1451CTE值匹配377
1452DCB377
1453低温连接378
1454芯片焊层的扩散焊接379
1455提高系统焊接层工艺379
1456直接键合陶瓷到基板379
1457铜绑定线380
146寿命计算382
147失效图片385
1471工艺与机械原因所致的失效
图像385
1472电和热引起的失效图像386
148宇宙粒子射线386
本章参考文献388
附录名词术语缩写390
第1章LED照明灯具基础知识$1
11电光源基础知识$1
12LED照明灯具常用术语$8
13LED照明设计$12
14LED基础知识$14
15常用LED简介$18
第2章LED射灯设计与检测$29
21LED射灯简介$29
22MR16射灯作业流程$36
23MR16射灯调光$40
24MR16射灯温度测试与检测$42
25PAR灯设计与作业流程$45
26PAR灯检验标准及实操注意事项$54
27LED轨道灯设计与检测$57
28LED斗胆灯简介与检测$65
29LED象鼻射灯简介与检测$69
210LED天花射灯简介与检测$71
第3章LED球泡灯设计与检测$74
31LED球泡灯简介$74
32LED球泡灯调光及调光知识介绍$76
33LED球泡灯散热体、灯罩简介$78
34LED球泡灯常用光源及布板方式
选择$83
35LED球泡灯电源检测$88
36LED球泡灯组装及作业流程$90
37LED球泡灯检验标准及实操
注意事项$92
38LED球泡灯CE认证$97
第4章LED荧光灯设计与检测$100
41传统荧光灯简介$100
42LED荧光灯组件（部件）简介$101
43LED荧光灯结构设计$108
44LED荧光灯光源分布板及
铝基板固定$112
45LED荧光灯设计注意事项与技巧$113
46LED荧光灯及调光LED荧光灯
简介$115
47LED荧光灯组装与作业流程$120
48LED荧光灯检验标准及实操
注意事项$129
49LED应急荧光灯简介与检测$
410LED冷库荧光灯简介与检测$140
第5章LED筒灯设计与检测$142
51传统筒灯介绍$142
52LED筒灯介绍$143
53LED筒灯常用光源简介$146
54LED筒灯光学设计$148
55LED筒灯散热设计$151
56LED筒灯结构设计$153
57LED筒灯调光知识简介$155
58LED筒灯组装与作业流程$157
59LED筒灯3C认证或节能认证要求$161
510LED筒灯常用尺寸及应用场合$165
511LED筒灯检验标准及实操
注意事项$166
512明装LED筒灯简介与检测$172
第6章LED吸顶灯设计与检测$176
61传统吸顶灯简介$176
62LED吸顶灯简介$177
63LED吸顶灯部件简介$178
64LED吸顶灯作业流程$187
65LED吸顶灯检验标准及实操
注意事项$190
66LED应急吸顶灯简介与检测$194
第7章LED面板灯设计与检测$196
71LED面板灯简介$196
72LED面板灯配件简介$197
73LED面板灯结构设计$201
74LED面板灯组装与作业流程$206
75LED面板灯检验标准及实操
注意事项$211
76LED面板灯（铝扣）简介与检测$217
第8章LED路灯设计与检测$219
81道路照明要求$219
82LED路灯部件简介$223
83LED路灯散热器简介$226
84LED路灯透镜介绍与选择$227
85LED路灯结构设计分析$231
86LED路灯检验标准及实操注意事项$233
87LED加油站灯简介与检测$239
第9章LED隧道灯设计与检测$241
91隧道照明特点$24192LED隧道灯简介$244
93LED隧道灯常用光源简介$246
94LED隧道灯结构分析$248
95LED隧道灯散热设计$249
96LED隧道灯光学设计$250
97LED隧道灯检验标准及实操
注意事项$252
98LED投光灯设计与检测$256
第10章LED工矿灯设计与检测$267
101LED工矿灯简介$267
102LED工矿灯配件简介$270
103LED工矿灯结构设计$273
104LED工矿灯组装及作业流程$276
105LED工矿灯安装及注意事项$280
106LED工矿灯检验标准及实操
注意事项$281
参考文献$285
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