高压IGBT模块应用技术

本书全面阐述了高压IGBT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IGBT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，介绍了最前沿的高压IGBT模块制造技术和应用设计技术；内容全面，涵盖了高压IGBT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。
　　
　　前言
　　
　　第1章概述1
　　
　　11电力电子技术概述1
　　
　　12功率半导体器件的发展1
　　
　　13IGBT模块概述3
　　
　　14IGBT模块的关键技术5
　　
　　15IGBT模块的主要应用领域8
　　
　　16IGBT模块的发展趋势10
　　
　　参考文献14
　　
　　第2章高压IGBT模块的芯片技术15
　　
　　21IGBT的基本结构和工作原理15
　　
　　22高压IGBT芯片的发展16
　　
　　23高压IGBT芯片的表面栅结构17
　　
　　231平面栅IGBT17
　　
　　232沟槽栅IGBT18
　　
　　24高压IGBT芯片的纵向结构18
　　
　　25英飞凌最新高压IGBT芯片技术介绍：Trench+FS技术20
　　
　　26日立最新高压IGBT芯片技术介绍：TrenchHiGT+sLiPT技术21
　　
　　27三菱电机最新高压IGBT芯片技术介绍：CSTBTTM+LPT技术22
　　
　　28ABB最新高压IGBT芯片技术介绍：Fineplanar+SPT+技术23
　　
　　29SiC芯片技术23
　　
　　210RC(逆导)IGBT芯片技术24
　　
　　参考文献25
　　
　　第3章高压IGBT模块的封装与制造技术26
　　
　　31高压IGBT模块的封装与结构26
　　
　　311高压IGBT模块的封装26
　　
　　312高压IGBT模块的内部拓扑电路28
　　
　　313高压IGBT模块的内部结构29
　　
　　314高压IGBT模块的构成材料30
　　
　　32高压IGBT模块制造过程34
　　
　　321晶圆制备过程34
　　
　　322芯片制造过程35
　　
　　323模块组装过程37
　　
　　324模块组装完成后的测试及包装37
　　
　　33高压IGBT模块的可靠性测试39
　　
　　331可靠性测试概述39
　　
　　332功率循环可靠性与热循环可靠性42
　　
　　34高压IGBT模块封装的技术要求与发展趋势45
　　
　　35各制造厂商高压IGBT模块型号的定义48
　　
　　参考文献49
　　
　　第4章高压IGBT模块的动静态参数及其测试50
　　
　　41如何阅读高压IGBT模块的数据手册50
　　
　　411绝对最大参数50
　　
　　412高压IGBT模块的推荐参数55
　　
　　413特性曲线61
　　
　　42高压IGBT模块静态参数的测试方法68
　　
　　43高压IGBT模块动态参数的测试方法72
　　
　　431半桥电路和双脉冲测试72
　　
　　432高压IGBT模块的开通过程测试与分析74
　　
　　433高压IGBT模块的关断过程测试与分析75
　　
　　434高压IGBT模块的反向恢复过程测试与分析76
　　
　　435FWD的I2t测试78
　　
　　436高压IGBT模块半桥测试平台的构建79
　　
　　参考文献85
　　
　　第5章高压IGBT模块的驱动86
　　
　　51高压IGBT模块驱动电路的基本功能和设计要求86
　　
　　52高压IGBT模块开通和关断过程中的栅极电压和电流波形88
　　
　　53栅极驱动电压的选取89
　　
　　54栅极驱动电阻的选取90
　　
　　55栅极输出峰值电流和驱动功率的计算96
　　
　　56高压IGBT模块驱动电路中的DC/DC变换器98
　　
　　57驱动电路的栅极隔离方式102
　　
　　58栅极电压钳位技术103
　　
　　59外接栅极发射极电阻RGE和电容CGE104
　　
　　510高压IGBT模块驱动的有源钳位技术106
　　
　　511高压IGBT模块驱动的di/dt反馈技术111
　　
　　512高压IGBT模块分段开通与关断技术113
　　
　　513高压IGBT模块驱动的软关断技术117
　　
　　514欠电压保护电路118
　　
　　515短脉冲抑制电路119
　　
　　516死区时间119
　　
　　5161死区效应119
　　
　　5162死区时间的计算方法120
　　
　　517驱动电路的布局与栅极布线124
　　
　　518栅极电压的测试方法126
　　
　　519集成高压IGBT模块驱动器介绍127
　　
　　参考文献130
　　
　　第6章高压IGBT模块的保护131
　　
　　61高压IGBT模块的过电压保护131
　　
　　611高压IGBT模块关断浪涌电压产生的原因131
　　
　　612常用直流侧电压Vdc检测电路132
　　
　　613吸收电路133
　　
　　614降低主回路杂散电感量LS137
　　
　　615驱动电路采用有源钳位抑制浪涌电压尖峰139
　　
　　62高压IGBT模块的短路保护141
　　
　　621短路与过载141
　　
　　622高压IGBT模块的2种短路模式142
　　
　　623高压IGBT模块短路能力的评价标准144
　　
　　624短路故障的检测方法145
　　
　　625影响短路电流大小的因素149
　　
　　626降低高压IGBT模块短路时栅极电压峰值的方法151
　　
　　63高压IGBT模块的过温保护155
　　
　　631高压IGBT模块的功耗计算156
　　
　　632结温的计算161
　　
　　633高压IGBT模块的冷却方式164
　　
　　64高压IGBT模块并联应用时的均流保护167
　　
　　641影响高压IGBT模块稳态电流均衡的因素167
　　
　　642影响高压IGBT模块动态电流均衡的因素170
　　
　　65高压IGBT模块串联应用时的均压保护172
　　
　　66高压IGBT模块安装时的注意事项176
　　
　　661安装方法176
　　
　　662导热硅脂的涂抹方法176
　　
　　663散热器的表面粗糙度和平面度178
　　
　　67高压IGBT模块运输与取用时的注意事项179
　　
　　68高压IGBT模块保存时的注意事项180
　　
　　参考文献180
　　
　　第7章高压IGBT模块的失效原因与失效模式181
　　
　　71高压IGBT模块失效分析概述181
　　
　　72高压IGBT模块失效与否的判定方法184
　　
　　721用万用表简单检查高压IGBT模块是否损坏185
　　
　　722通过参数测量准确判定高压IGBT模块是否失效186
　　
　　73高压IGBT模块的失效原因分析187
　　
　　731超出RBSOA导致的IGBT单元失效原因188
　　
　　732超出SCSOA导致的IGBT单元失效原因189
　　
　　733栅极过电压导致的高压IGBT模块失效原因191
　　
　　734结温过高导致的IGBT单元失效原因191
　　
　　735FWD单元失效原因192
　　
　　74高压IGBT模块的失效模式196
　　
　　741高压IGBT模块的VCE过电压损坏模式196
　　
　　742高压IGBT模块的VGE过电压损坏模式197
　　
　　743高压IGBT模块的过电流损坏模式197
　　
　　744高压IGBT模块的过热损坏模式198
　　
　　745功率循环失效模式199
　　
　　746热循环失效模式200
　　
　　747RBSOA失效模式200
　　
　　748SCSOA失效模式201
　　
　　749RRSOA失效模式201
　　
　　参考文献202
　　
　　第8章高压IGBT模块在轨道牵引中的应用203
　　
　　81轨道牵引中的电力电子技术概述203
　　
　　82轨道牵引中的变流器主电路拓扑205
　　
　　821电力机车和动车组车辆用牵引变流器的主电路拓扑206
　　
　　822电力机车和动车组车辆用辅助变流器的主电路拓扑206
　　
　　823城市轨道交通车辆用牵引逆变器的主电路拓扑209
　　
　　824城市轨道交通车辆用辅助逆变器的主电路拓扑210
　　
　　825牵引变流器的构成部件212
　　
　　83高压IGBT模块在轨道牵引中的应用214
　　
　　831轨道牵引变流器中高压IGBT模块电压电流等级的选型214
　　
　　832对高压IGBT模块短路耐量及I2t的要求216
　　
　　833对高压IGBT模块关断能力的要求217
　　
　　834对高压IGBT模块的寿命要求219
　　
　　835轨道牵引对高压IGBT模块长期直流稳定性的要求223
　　
　　836四象限脉冲整流器223
　　
　　837轨道牵引中高压IGBT模块的冷却方式226
　　
　　84轨道牵引中的电动机控制策略227
　　
　　841异步电动机的矢量控制227
　　
　　842异步电动机的直接转矩控制236
　　
　　参考文献244
　　
　　第9章高压IGBT模块在中高压变频器中的应用246
　　
　　91中高压变频器概述246
　　
　　92高压IGBT模块在功率单元级联中高压变频器中的应用246
　　
　　921功率单元级联中高压变频器的工作原理246
　　
　　922功率单元中高压IGBT模块的功耗分布250
　　
　　923功率单元级联中高压变频器中IGBT模块的选型251
　　
　　93高压IGBT模块在二极管钳位三电平中高压变频器中的应用253
　　
　　931二极管钳位三电平逆变器工作原理253
　　
　　932二极管钳位三电平逆变器中高压IGBT模块的功耗计算方法256
　　
　　933二极管钳位三电平逆变器中IGBT模块的吸收电路设计259
　　
　　934二极管钳位三电平逆变器的中点电位平衡电路262
　　
　　935二极管钳位三电平中高压变频器中高压IGBT模块的选型266
　　
　　936二极管钳位三电平电路的短路方式268
　　
　　94中高压变频器的其他电路拓扑简介268
　　
　　参考文献269
　　
　　第10章高压IGBT模块在VSCHVDC中的应用270
　　
　　101VSCHVDC技术概述270
　　
　　102基于高压IGBT模块直接串联的两电平和三电平电压源换流器272
　　
　　103模块化多电平电压源换流器(MMCVSC)274
　　
　　1031模块化多电平电压源换流器的工作原理274
　　
　　1032模块化多电平电压源换流器中高压IGBT模块的选型277
　　
　　参考文献280
　　
　　第11章高压IGBT模块在风力发电中的应用282
　　
　　111风力发电概述282
　　
　　112风电变流器的主电路拓扑284
　　
　　1121双馈型风电变流器的主电路拓扑284
　　
　　1122直驱型风电变流器的主电路拓扑284
　　
　　1123风电变流器的构成286
　　
　　113风力发电应用中对高压IGBT模块的要求287
　　
　　1131风电变流器中高压IGBT模块的选型287
　　
　　1132风电变流器对高压IGBT模块的可靠性要求288
　　
　　114高压IGBT模块在低电压穿越中的应用288
　　
　　115基于4500V高压IGBT模块的中压风电变流器291
　　
　　116高压IGBT模块在高海拔风力发电中的应用293
　　
　　117高压IGBT模块在海上风力发电中的应用295
　　
　　118高压IGBT模块在风电变流器中的失效原因分析295
　　
　　参考文献296

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