先进的高压大功率器件：原理、特性和应用

书籍目录

译者序

原书前言

参考文献

第1章引言1

11典型功率转换波形2

12典型高压功率器件结构3

13硅器件击穿修正模型5

14典型高压应用9

141变频电动机驱动9

142高压直流输配电11

15总结15

参考文献15

第2章硅晶闸管17

21功率晶闸管结构和应用19

225kV硅晶闸管21

221阻断特性22

222导通特性26

223开启33

224反向恢复35

225小结36

2310kV硅晶闸管37

231阻断特性37

232导通特性40

233开启42

234反向恢复44

235小结45

24总结45

参考文献46

第3章碳化硅晶闸管47

31碳化硅晶闸管结构47

3220kV硅基对称阻断晶闸管48

321阻断特性48

322导通特性51

3320kV碳化硅晶闸管56

331阻断特性56

332导通特性58

34结论63

参考文献64

第4章门极关断（GTO）晶闸管65

41基本结构和工作原理65

425kV硅GTO66

421阻断特性67

422漏电流71

423通态电压降76

424关断特性82

425对寿命的依赖性97

426开关损耗99

427最大工作频率102

428关断增益103

429缓冲层掺杂103

4210透明发射极结区108

4310kV硅GTO113

431阻断特性113

432通态电压降115

433关断特性118

434开关损耗119

435最大工作频率119

436关断增益119

44反偏压安全工作区120

45总结121

参考文献121

第5章硅绝缘栅双极型晶体管(IGBT)122

51基本结构和操作122

525kV硅沟槽栅IGBT123

521阻断特性123

522漏电流123

523通态电压降129

524关断特性135

525对寿命的依赖性148

526开关损耗149

527最大工作频率151

528缓冲层掺杂152

529透明发射极结构159

535kV硅基平面栅IGBT167

531阻断特性167

532通态电压降169

533关断特性171

534对寿命的依赖性172

535开关损耗173

536最大工作频率173

5410kV硅IGBT175

541阻断特性176

542通态电压降178

543关断特性180

544开关损耗181

545最大工作频率181

55正向偏置安全工作区181

56反向偏压安全工作区183

57结论185

参考文献186

第6章碳化硅平面MOSFET结构187

61屏蔽型平面反型模式MOSFET结构187

62阻断模型188

63栅阈值电压189

64导通电阻190

641沟道电阻190

642积累区电阻191

643JFET区电阻191

644漂移区电阻192

645总导通电阻192

65电容193

66感性负载时的关断特性194

675kV反型模式MOSFET197

671阻断特性197

672比导通电阻201

673器件电容204

674感性负载下的关断特性207

675开关损耗209

676最大工作频率211

6810kV反型模式MOSFET211

681阻断特性211

682比导通电阻213

683感性负载下的关断特性216

684开关损耗216

685最大工作频率217

6920kV反型模式MOSFET217

691阻断模式218

692比导通电阻220

693感性负载下的关断特性222

694开关损耗223

695最大工作频率224

610结论224

参考文献228

第7章碳化硅IGBT229

71N沟道非对称结构230

711阻断特性230

712导通电压降240

713关断特性249

714对寿命的依赖性258

715开关损耗260

716最大工作频率262

72N沟道非对称器件的优化263

721结构优化264

722阻断特性264

723导通电压降267

724关断特性271

725对寿命的依赖性276

726开关损耗279

727最大工作频率280

73P沟道非对称结构281

731阻断特性281

732导通电压降289

733关断特性292

734对寿命的依赖性296

735开关损耗297

736最大工作频率298

74结论300

参考文献300

第8章硅基MCT301

81基本结构与工作302

825kV硅MCT306

821击穿特性307

822通态电压降312

823关断特性319

824对寿命的依赖性327

825开关损耗328

826最大工作频率329

8310kV硅MCT331

831阻断特性331

832通态电压降333

833关断特性335

834开关损耗337

835最大工作频率338

84正向偏置安全工作区338

85反向偏置安全工作区339

86结论341

参考文献341

第9章硅基极电阻控制晶闸管342

91基本结构和工作原理342

925kV硅基BRT346

921阻断特性346

922通态电压降350

923关断特性354

924对寿命的依赖性360

925开关损耗361

926最大工作频率362

93改进的结构和工作方式363

931阻断特性365

932通态电压降368

933关断特性370

9410kV硅BRT370

941阻断特性370

942通态电压降372

943关断特性373

944开关损耗376

945最大工作频率376

95正向偏置安全工作区376

96反向偏置安全工作区377

97总结379

参考文献379

第10章硅发射极开关晶闸管380

101基本结构与工作特性380

1025kV硅SC-EST385

1021阻断特性386

1022通态电压降390

1023关断特性398

1024对寿命的依赖性402

1025开关损耗403

1026最大工作频率404

1027正向偏压安全工作区405

1035kV硅DC-EST407

1031阻断特性407

1032通态电压降409

1033关断特性417

1034对寿命的依赖性421

1035开关损耗422

1036最大工作频率422

1037正向偏压安全工作区424

10410kV硅EST425

1041阻断特性425

1042通态电压降427

1043关断特性428

1044开关损耗429

1045最大工作频率430

105反向偏压安全工作区430

106结论432

参考文献433

第11章总述434

1115kV器件434

1111导通电压降434

1112功率损耗折中曲线435

1113正向偏置安全工作区435

1114反向偏置安全工作区437

11210kV器件437

1121导通电压降438

1122关断损耗438

1123最大工作频率439

113结论439

参考文献439

作者简介440

作者简介

本书共11章。第1章简要介绍了高电压功率器件的可能应用，定义了理想功率开关的电特性，并与典型器件的电特性进行了比较。第2章和第3章分析了硅基功率晶闸管和碳化硅基功率晶闸管。第4章讨论了硅门极关断（GTO）晶闸管结构。第5章致力于分析硅基IGBT结构，以提供对比分析的标准。第6章和第7章分析了碳化硅MOSFET和碳化硅IGBT的结构。碳化硅MOSFET 和IGBT的结构设计重点在于保护栅氧化层，以防止其提前击穿。另外，必须屏蔽基区，以避免扩展击穿。这些器件的导通电压降由沟道电阻和缓冲层设计所决定。第8章和第9章讨论了金属氧化物半导体控制晶闸管（MCT）结构和基极电阻控制晶闸管（BRT）结构，后者利用MOS栅控制晶闸管的导通和关断。第10章介绍了发射极开关晶闸管（EST），该种结构也利用一种MOS栅结构来控制晶闸管的导通与关断，并可利用IGBT加工工艺来制造。这种器件具有良好的安全工作区。本书最后一章比较了书中讨论的所有高压功率器件结构。

本书的读者对象包括在校学生、功率器件设计制造和电力电子应用领域的工程技术人员及其他相关专业人员。本书适合高等院校有关专业用作教材或专业参考书，亦可被电力电子学界和广大的功率器件和装置生产企业的工程技术人员作为参考书之用。

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