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：29623535720

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全部技术：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 作者： [此处应填写作者姓名] 出版社： 机械工业出版社 ISBN： 9787111514237 书籍简介 本书深入探讨了高压绝缘栅双极型晶体管（IGBT）模块在现代电力电子技术中的关键应用及其核心技术。随着工业电气化水平的不断提高，对大功率、高效率、高可靠性的电力电子器件的需求日益增长，高压IGBT模块正是满足这一需求的理想选择。本书旨在为从事电力电子设备设计、研发、制造、应用及维护的工程师、技术人员、研究人员以及相关专业学生提供一份全面、深入的技术参考。 内容概述 本书的内容围绕高压IGBT模块的原理、特性、选型、应用电路设计、保护与可靠性以及未来发展趋势展开，力求为读者构建一个完整的高压IGBT应用技术知识体系。 第一部分：高压IGBT模块基础理论 IGBT的结构与工作原理： 详细介绍IGBT的PNP晶体管和MOSFET的输入特性相结合的独特结构，剖析其PNP与MOSFET协同工作的导通和关断机理。重点阐述在高压应用场景下，IGBT的耐压能力是如何实现的，包括结区设计、掺杂浓度、芯片尺寸等关键工艺参数。 高压IGBT模块的特性参数解读： 深入解析高压IGBT模块的技术规格书中各项关键参数的含义及其对实际应用的影响。这包括但不限于： 耐压等级（Vces）： 明确不同电压等级IGBT模块的设计考量，以及实际应用中如何预留足够的安全裕量，避免击穿。 额定电流（Ic）： 讲解持续电流、短时最大电流（Icm）的意义，以及如何根据负载特性选择合适的电流等级。 导通损耗（Vce(sat)）： 分析导通电压降的产生机制，以及其如何直接影响模块的效率和散热需求。 关断损耗（Eoff）、开通损耗（Eon）： 详细阐述开关损耗的产生过程，包括电感电流、结电容、寄生参数等因素的影响，以及如何通过优化驱动和电路设计来降低开关损耗。 结温（Tj）： 强调结温是影响IGBT可靠性的最关键因素，讲解结温与环境温度、散热条件、损耗之间的关系。 短路能力（SCSOA）： 阐述IGBT模块在发生短路故障时的安全工作区域，以及如何设计保护电路以防止短路损坏。 寄生参数（L、C）： 分析模块内部寄生电感和电容对高频开关性能的影响，以及如何通过合理的布局和连接来减小其不利影响。 高压IGBT模块的封装技术： 介绍主流的高压IGBT模块封装形式，如平板封装、双列直插式封装（DIP）、压接式封装（Press-pack）等，并分析不同封装形式在散热、绝缘、机械强度、电气连接等方面的优缺点，以及其在不同应用场合的适用性。 第二部分：高压IGBT模块应用电路设计 驱动电路设计： 详细讲解IGBT模块的驱动需求，包括触发电压、驱动电流、驱动速度等。重点介绍各种驱动电路的拓扑结构，如单电源驱动、双电源驱动、隔离驱动（光耦隔离、变压器隔离、DC/DC隔离），以及如何根据IGBT模块的特性和应用场合选择合适的驱动方式。同时，深入探讨门极电阻（Rg）的选取原则， Rg在抑制振荡、控制开关速度、降低损耗等方面的重要作用。 功率变换电路拓扑： 介绍在高压应用领域常见的功率变换电路拓扑，并分析IGBT模块在该类电路中的应用。这包括： 逆变器（Inverter）： 三相桥式逆变器、多电平逆变器（NPC、T-type、H-bridge cascaded multi-level inverter等）在风力发电、光伏发电、高压直流输电（HVDC）中的应用。 变流器（Converter）： AC-DC、DC-AC、DC-DC等不同类型的变流器，及其在工业驱动、新能源汽车、轨道交通等领域的应用。 斩波器（Chopper）： 在高压直流电源、电机调速等领域的应用。 选型原则与方法： 提供一套系统化的IGBT模块选型流程。从应用需求出发，确定额定电压、额定电流、开关频率、环境温度、散热条件等关键参数，结合IGBT模块的特性曲线和可靠性数据，进行初步选型。强调在选型过程中，充分考虑安全裕量、效率、成本、可靠性以及长期运行的稳定性。 门极控制策略： 探讨PWM（脉冲宽度调制）技术的应用，包括SPWM、SVPWM等不同调制策略在逆变器中的实现。分析死区时间（Dead Time）的设置原则，死区时间对避免直通、减少桥臂电感尖峰电压的至关重要性，以及过长或过短死区时间可能带来的问题。 续流二极管选型与匹配： 详细分析IGBT模块通常集成的或外置的续流二极管（Freewheeling Diode）的作用，以及其与IGBT模块在电流、电压、开关速度等方面的匹配要求。重点介绍反并联二极管（Co-Pack Diode）的特性，如快速恢复二极管（FRD）、超快恢复二极管（UFRD）等，以及如何根据电路的动态特性选择合适的续流二极管。 EMI/EMC设计考虑： 探讨在高压IGBT模块开关过程中产生的电磁干扰（EMI）和电磁兼容性（EMC）问题。分析寄生参数、环路电感、di/dt、dv/dt等因素对EMI的影响，并提出相应的抑制措施，如优化PCB布局、增加滤波器件、屏蔽等。 第三部分：高压IGBT模块的保护与可靠性 过电流保护： 介绍IGBT模块的过电流保护原理，包括利用电流传感器（如霍尔传感器、分流电阻）检测电流，以及通过驱动电路的关断功能或独立保护电路实现快速保护。讨论过电流保护的响应时间和保护阈值设定。 过电压保护： 分析IGBT模块在开关过程中可能出现的过电压瞬变，如感应电压尖峰。介绍续流二极管、吸收回路（RC吸收、RLC吸收）、MOV（金属氧化物压敏电阻）等过电压抑制元件及其应用。 过温保护： 阐述结温过高是导致IGBT模块失效的主要原因。介绍利用温度传感器（如NTC热敏电阻）监测结温，并通过控制电路采取措施（如降低开关频率、增加散热风扇、触发报警）来防止过热。 短路保护： 重点讲解IGBT模块的短路保护机制，包括软关断（Soft Shut-down）和硬关断（Hard Shut-down）技术。分析短路电流的特性及其对IGBT的影响，并给出相应的保护策略。 可靠性分析与寿命预测： 探讨影响IGBT模块可靠性的各种因素，如热循环、电应力、机械应力、环境因素等。介绍可靠性测试方法和寿命预测模型，为实际应用中的设备可靠性设计提供指导。 热设计与散热技术： 详细介绍IGBT模块的散热原理，包括传导、对流、辐射。分析各种散热器（铝制、铜制）、风冷、水冷、相变冷却等散热技术，以及如何通过热阻计算和模拟仿真来优化散热设计，确保IGBT模块在额定结温下安全运行。 模块并联与串联应用： 探讨在高压大功率应用中，IGBT模块的并联和串联技术。分析并联和串联时的均流（均衡）问题，包括动态均流和静态均流的实现方法，以及如何通过合理的电路设计和元件选择来保证电流在模块之间的均匀分配，提高整体系统的可靠性。 第四部分：高压IGBT模块的最新发展与趋势 宽禁带半导体材料（SiC、GaN）在IGBT模块中的应用： 介绍碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等宽禁带半导体材料的优越性能，如更高的击穿电压、更低的开关损耗、更高的工作温度等，以及其在下一代高压IGBT模块中的发展前景。 模块集成化与智能化： 探讨IGBT模块向集成化（如集成驱动、保护、监测功能）和智能化（如自诊断、自适应控制）方向的发展趋势。 新型封装技术： 介绍先进的封装技术，如三维封装、软钎焊技术、直接铜键合（DCB）技术等，以及这些技术如何提升模块的性能、可靠性和散热能力。 在新能源、智能电网、轨道交通等领域的应用前景： 展望高压IGBT模块在风力发电、光伏发电、电动汽车充电桩、智能电网监控与控制、高速列车牵引系统等新兴领域的广阔应用前景。 本书特色 本书内容翔实，理论联系实际，既包含了扎实的理论基础，又提供了大量的实际应用案例和设计经验。图文并茂，结构清晰，语言通俗易懂，旨在帮助读者快速掌握高压IGBT模块的应用技术。书中对各种器件参数的解读深入浅出，对电路设计的分析细致入微，对保护与可靠性问题的阐述全面周到，能够有效地指导工程师在实际工作中解决难题。此外，本书对行业最新发展趋势的分析，能够帮助读者把握技术脉搏，为未来的技术创新和产品研发提供启示。 目标读者 电力电子工程师 电气工程师 工业自动化工程师 新能源工程师 产品研发工程师 技术支持工程师 高校相关专业研究生及本科生 对高压电力电子技术感兴趣的技术人员 通过学习本书，读者将能够深入理解高压IGBT模块的工作原理，掌握正确的选型方法，能够独立完成各种高压应用电路的设计、调试与优化，并能够有效地进行故障诊断与排除，从而提升电力电子设备的设计水平和可靠性。

评分☆☆☆☆☆

这本书的实用价值不仅体现在技术细节的深度上，更在于它对工程实践中常见陷阱的全面揭示。我特别欣赏它对“降额设计”原则的反复强调和具体量化。在很多工程项目中，为了追求成本和体积，我们总是倾向于将器件推向其极限性能。而这本书通过大量的历史数据和失效分析报告，生动地展示了这种做法的隐患。它清晰地勾勒出不同降额百分比下，MTBF（平均无故障时间）的指数级增长关系。这种基于数据的、量化的论证，比任何口头警告都更有说服力。此外，书中关于高压测试和诊断技术的讨论也非常到位，例如如何使用高带宽的电压探头准确捕获关断尖峰，以及如何设计隔离式测量系统以保证人身安全和数据准确性。总而言之，它更像是一位经验丰富的老工程师，坐在你的旁边，在你动手之前，把所有可能遇到的“坑”都一一指给你看，让人读起来既踏实又感到对行业的敬畏。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，这本书在讲解建模与仿真方面的章节，对我后续的算法优化起到了决定性的作用。我原本以为，对一个物理器件的建模无非就是套用几个标准的等效电路模型。然而，这本书挑战了这种传统观念。它详细阐述了如何将非线性的热效应、载流子寿命衰减等因素融入到开关瞬态模型中去，以构建一个能够更精确预测器件“老龄化”过程的仿真环境。书中介绍的基于有限元分析（FEA）与电路仿真相结合的方法论，提供了一个强大的工具箱，让我们可以预先“看到”模块在不同工作条件下的真实性能。特别是对于短路保护和过流限制的算法验证，通过高精度的器件模型，可以更早、更安全地迭代保护逻辑的时序参数，避免了以往那种依赖反复试错的低效过程。对于任何想将IGBT应用推向更高性能、更高可靠性边界的工程师来说，这部分内容是无价的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的理论深度和广度确实令人敬佩，尤其是在系统级的电磁兼容性（EMC）方面。过去我在调试变频器或逆变器时，经常被那些莫名其妙的射频干扰搞得焦头烂额，通常只能通过增加屏蔽罩或者被动滤波来“堵漏”。但是，这本书提供了一种自下而上的、更具前瞻性的解决思路。它不是简单地告诉你电磁干扰会产生，而是深入分析了IGBT模块的快速开关行为（即高 $ ext{di/dt}$ 和 $ ext{dv/dt}$ 变化率）如何激发PCB走线和母线结构产生寄生电感和电容，并最终成为有效的辐射源。书中的案例分析清晰地展示了如何通过优化DC母线电容的布局——具体到电容的串联与并联组合、安装位置的微小调整——来有效降低环路面积，从而将EMI辐射控制在允许的范围内。这种从物理层面上剖析问题的能力，极大地提升了我设计高功率密度产品的信心。

评分☆☆☆☆☆

当我拿到这本关于高压IGBT模块的书时，最吸引我的是它对于驱动电路设计的那部分内容。说实话，在很多资料里，驱动部分总是被简化处理，无非就是一块现成的驱动芯片加上一些隔离元件。但这本书显然没有止步于此。它用大量的篇幅解析了开关过程中的“米勒效应”是如何影响栅极的dV/dt，以及这种影响如何反过来导致灾难性的集肤效应和过冲。作者展示了多种先进的栅极驱动拓扑结构，比如采用具有极低输出阻抗的定制驱动缓冲器，以确保在快速关断时，栅极电压能够被迅速钳位，从而减小开关损耗。更让我印象深刻的是，它对共模噪声（CMN）抑制策略的讲解。在强磁场和高频开关环境下，共模噪声是导致驱动信号失真的主要元凶之一。书中提供的共模扼流圈设计指南和PCB布局的最佳实践，简直就是实战经验的结晶，这比任何数据手册上的理论描述都要来得实际和有力得多。

评分☆☆☆☆☆

这本书，坦率地说，让我对整个高压电力电子领域产生了全新的认识。我之前一直觉得，IGBT模块那种东西，无非就是个开关管子，只要选型合适，配上驱动电路，基本就能应付大部分场合了。但读完这本书的某些章节后，我才意识到自己是多么的狭隘。它深入探讨了热管理策略的精妙之处，那种不仅仅是“散热片要大点”这么简单的逻辑。作者非常细致地分析了不同封装形式下的热阻路径，以及在极端负载波动下，如何通过优化导热界面材料（TIM）的选择和安装压力，来确保器件的长期可靠性。特别是关于瞬态热阻抗曲线的解读，那简直是教科书级别的详尽。以前我总是在仿真软件里跑个稳态热分析就觉得万事大吉，但这本书让我明白，高频开关带来的周期性热应力，对焊锡层的疲劳损伤是多么的致命。它引导我去思考那些在设计初期很容易被忽略，但在实际运行中却可能导致灾难性故障的细节。这绝不是一本可以快速浏览的入门手册，它要求读者具备一定的电力电子基础，然后才能真正领略其对系统级可靠性的深刻洞察。