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宽禁带电力电子器件原理与应用
作者：秦海鸿等 著
出版社：科学出版社
出版时间：2020-05-01
ISBN：9787030633439
定价：¥79.00
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内容简介
《宽禁带电力电子器件原理与应用》以碳化硅和氮化镓电力电子器件为主要对象，先介绍宽禁带电力电子器件的现状与发展，阐述宽禁带电力电子器件的物理基础与基本原理；然后介绍宽禁带电力电子器件的特性与参数，分析宽禁带电力电子器件在单管电路和桥臂电路中的工作原理与性能特点，阐述宽禁带电力电子器件的驱动电路设计挑战、原理与设计方法；后介绍在宽禁带电力电子器件特性测试和使用宽禁带电力电子器件制作电力电子变换器时的一些实际问题。
作者简介
暂缺《宽禁带电力电子器件原理与应用》作者简介
目录
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 电力电子器件的基本功能和用途 1
1.2 电力电子器件的优选材料 2
1.2.1 碳化硅材料 2
1.2.2 氮化镓材料 5
1.3 电力电子器件的基本分类和应用 7
1.3.1 按半导体材料分类 7
1.3.2 按控制特性分类 9
1.3.3 按驱动方式分类 10
1.4 宽禁带电力电子器件的现状与发展 10
1.4.1 SiC基电力电子器件 10
1.4.2 GaN基电力电子器件 16
1.4.3 宽禁带电力电子器件的发展 19
思考题和习题 20
第2章 宽禁带电力电子器件的物理基础与基本原理 21
2.1 半导体的物理基础 21
2.1.1 半导体、导体与绝缘体 21
2.1.2 能带 22
2.1.3 本征半导体与杂质半导体 25
2.1.4 半导体中的载流子运动 30
2.1.5 PN结 30
2.2 SiC器件的结构与原理 34
2.2.1 SiC基二极管 34
2.2.2 SiC MOSFET 36
2.2.3 SiC JFET 38
2.2.4 SiC BJT 40
2.3 GaN器件的结构与原理 41
2.3.1 不同结构GaN器件 41
2.3.2 GaN基二极管 43
2.3.3 GaN HEMT 44
2.4 本章小结 46
思考题和习题 46
第3章 宽禁带电力电子器件的特性与参数 47
3.1 双稳态与双瞬态的基本工作状态 47
3.1.1 特性与参数关系 47
3.1.2 双稳态与双瞬态 51
3.1.3 额定值与特征值 52
3.2 SiC器件的特性与参数 54
3.2.1 SiC肖特基二极管的特性与参数 54
3.2.2 SiC MOSFET的特性与参数 61
3.2.3 SiC JFET的特性与参数 72
3.2.4 SiC BJT的特性与参数 89
3.3 GaN器件的特性与参数 92
3.3.1 GaN基二极管的特性与参数 92
3.3.2 Cascode GaN HEMT的特性与参数 95
3.3.3 eGaN HEMT的特性与参数 102
3.3.4 GaN GIT的特性与参数 110
3.4 本章小结 115
思考题和习题 115
第4章 基于宽禁带电力电子器件的单管和桥臂电路工作原理 117
4.1 单管电路开关过程及特性分析 117
4.1.1 单管电路开关过程分析 117
4.1.2 开关时间与开关损耗的定义 122
4.1.3 开关时间和开关特性的影响因素分析 122
4.1.4 di/dt、du/dt的影响因素分析 124
4.2 理想与实际开关器件和PCB 的区别 126
4.2.1 器件寄生参数 126
4.2.2 PCB 寄生参数 130
4.2.3 开关回路的关键走线和开关节点 132
4.3 感性负载下非理想开关过程及特性分析 133
4.3.1 寄生电感对单管开关过程的影响分析 133
4.3.2 寄生电容对单管开关过程的影响分析 135
4.3.3 寄生参数对SiC MOSFET开关特性的影响小结 136
4.4 桥臂电路基本工作原理 138
4.4.1 直通现象与死区设置 138
4.4.2 死区时间定义及其影响分析 141
4.4.3 Buck变换器一周期工作过程分析 142
4.4.4 桥臂电路串扰机理分析 150
4.5 宽禁带电力电子器件在桥臂电路中的续流工作模式 155
4.5.1 SiC MOSFET桥臂续流方式 156
4.5.2 宽禁带电力电子器件的第三象限特性 158
4.6 本章小结 163
思考题和习题 163
第5章 宽禁带电力电子器件驱动电路原理与设计 164
5.1 宽禁带电力电子器件的驱动电路设计挑战与要求 164
5.1.1 SiC MOSFET的开关过程及对驱动电路的要求 165
5.1.2 其他宽禁带器件对驱动电路的要求 174
5.2 SiC器件的驱动电路原理与设计 175
5.2.1 SiC MOSFET的驱动电路原理与设计 175
5.2.2 SiC JFET的驱动电路原理与设计 181
5.2.3 SiC BJT的驱动电路原理与设计 187
5.3 GaN器件的驱动电路原理与设计 195
5.3.1 Cascode GaN HEMT的驱动电路原理与设计 195
5.3.2 eGaN HEMT的驱动电路原理与设计 202
5.3.3 GaN GIT的驱动电路原理与设计 204
5.4 宽禁带电力电子器件的短路保护 209
5.4.1 宽禁带电力电子器件短路保护要求 209
5.4.2 短路检测方法 210
5.4.3 SiC模块驱动保护方法 211
5.5 高温驱动技术 214
5.5.1 分立元件高温驱动技术 214
5.5.2 SOI高温驱动技术 216
5.5.3 全SiC高温驱动技术 218
5.6 集成驱动技术 219
5.7 本章小结 221
思考题和习题 221
第6章 宽禁带电力电子器件的特性测试与应用挑战 223
6.1 宽禁带器件的特性测试 223
6.1.1 静态特性测试方法 223
6.1.2 开关特性测试方法 225
6.1.3 宽禁带器件特性测试挑战 229
6.2 宽禁带器件应用分析 235
6.3 宽禁带器件高速开关限制因素 241
6.3.1 寄生电感的影响 242
6.3.2 寄生电容的影响 245
6.3.3 驱动电路驱动能力的影响 251
6.3.4 长电缆电压反射问题 253
6.3.5 电磁兼容问题 254
6.3.6 高压局放问题 255
6.4 封装设计挑战 256
6.5 散热设计挑战 258
6.6 高温变换器设计挑战 261
6.7 多目标优化设计 264
6.7.1 变换器现有设计方法存在的不足 265
6.7.2 宽禁带变换器参数优化设计思路 266
6.8 本章小结 269
思考题和习题 270
参考文献 271
前言
第1章 绪论 1
1.1 电力电子器件的基本功能和用途 1
1.2 电力电子器件的优选材料 2
1.2.1 碳化硅材料 2
1.2.2 氮化镓材料 5
1.3 电力电子器件的基本分类和应用 7
1.3.1 按半导体材料分类 7
1.3.2 按控制特性分类 9
1.3.3 按驱动方式分类 10
1.4 宽禁带电力电子器件的现状与发展 10
1.4.1 SiC基电力电子器件 10
1.4.2 GaN基电力电子器件 16
1.4.3 宽禁带电力电子器件的发展 19
思考题和习题 20
第2章 宽禁带电力电子器件的物理基础与基本原理 21
2.1 半导体的物理基础 21
2.1.1 半导体、导体与绝缘体 21
2.1.2 能带 22
2.1.3 本征半导体与杂质半导体 25
2.1.4 半导体中的载流子运动 30
2.1.5 PN结 30
2.2 SiC器件的结构与原理 34
2.2.1 SiC基二极管 34
2.2.2 SiC MOSFET 36
2.2.3 SiC JFET 38
2.2.4 SiC BJT 40
2.3 GaN器件的结构与原理 41
2.3.1 不同结构GaN器件 41
2.3.2 GaN基二极管 43
2.3.3 GaN HEMT 44
2.4 本章小结 46
思考题和习题 46
第3章 宽禁带电力电子器件的特性与参数 47
3.1 双稳态与双瞬态的基本工作状态 47
3.1.1 特性与参数关系 47
3.1.2 双稳态与双瞬态 51
3.1.3 额定值与特征值 52
3.2 SiC器件的特性与参数 54
3.2.1 SiC肖特基二极管的特性与参数 54
3.2.2 SiC MOSFET的特性与参数 61
3.2.3 SiC JFET的特性与参数 72
3.2.4 SiC BJT的特性与参数 89
3.3 GaN器件的特性与参数 92
3.3.1 GaN基二极管的特性与参数 92
3.3.2 Cascode GaN HEMT的特性与参数 95
3.3.3 eGaN HEMT的特性与参数 102
3.3.4 GaN GIT的特性与参数 110
3.4 本章小结 115
思考题和习题 115
第4章 基于宽禁带电力电子器件的单管和桥臂电路工作原理 117
4.1 单管电路开关过程及特性分析 117
4.1.1 单管电路开关过程分析 117
4.1.2 开关时间与开关损耗的定义 122
4.1.3 开关时间和开关特性的影响因素分析 122
4.1.4 di/dt、du/dt的影响因素分析 124
4.2 理想与实际开关器件和PCB 的区别 126
4.2.1 器件寄生参数 126
4.2.2 PCB 寄生参数 130
4.2.3 开关回路的关键走线和开关节点 132
4.3 感性负载下非理想开关过程及特性分析 133
4.3.1 寄生电感对单管开关过程的影响分析 133
4.3.2 寄生电容对单管开关过程的影响分析 135
4.3.3 寄生参数对SiC MOSFET开关特性的影响小结 136
4.4 桥臂电路基本工作原理 138
4.4.1 直通现象与死区设置 138
4.4.2 死区时间定义及其影响分析 141
4.4.3 Buck变换器一周期工作过程分析 142
4.4.4 桥臂电路串扰机理分析 150
4.5 宽禁带电力电子器件在桥臂电路中的续流工作模式 155
4.5.1 SiC MOSFET桥臂续流方式 156
4.5.2 宽禁带电力电子器件的第三象限特性 158
4.6 本章小结 163
思考题和习题 163
第5章 宽禁带电力电子器件驱动电路原理与设计 164
5.1 宽禁带电力电子器件的驱动电路设计挑战与要求 164
5.1.1 SiC MOSFET的开关过程及对驱动电路的要求 165
5.1.2 其他宽禁带器件对驱动电路的要求 174
5.2 SiC器件的驱动电路原理与设计 175
5.2.1 SiC MOSFET的驱动电路原理与设计 175
5.2.2 SiC JFET的驱动电路原理与设计 181
5.2.3 SiC BJT的驱动电路原理与设计 187
5.3 GaN器件的驱动电路原理与设计 195
5.3.1 Cascode GaN HEMT的驱动电路原理与设计 195
5.3.2 eGaN HEMT的驱动电路原理与设计 202
5.3.3 GaN GIT的驱动电路原理与设计 204
5.4 宽禁带电力电子器件的短路保护 209
5.4.1 宽禁带电力电子器件短路保护要求 209
5.4.2 短路检测方法 210
5.4.3 SiC模块驱动保护方法 211
5.5 高温驱动技术 214
5.5.1 分立元件高温驱动技术 214
5.5.2 SOI高温驱动技术 216
5.5.3 全SiC高温驱动技术 218
5.6 集成驱动技术 219
5.7 本章小结 221
思考题和习题 221
第6章 宽禁带电力电子器件的特性测试与应用挑战 223
6.1 宽禁带器件的特性测试 223
6.1.1 静态特性测试方法 223
6.1.2 开关特性测试方法 225
6.1.3 宽禁带器件特性测试挑战 229
6.2 宽禁带器件应用分析 235
6.3 宽禁带器件高速开关限制因素 241
6.3.1 寄生电感的影响 242
6.3.2 寄生电容的影响 245
6.3.3 驱动电路驱动能力的影响 251
6.3.4 长电缆电压反射问题 253
6.3.5 电磁兼容问题 254
6.3.6 高压局放问题 255
6.4 封装设计挑战 256
6.5 散热设计挑战 258
6.6 高温变换器设计挑战 261
6.7 多目标优化设计 264
6.7.1 变换器现有设计方法存在的不足 265
6.7.2 宽禁带变换器参数优化设计思路 266
6.8 本章小结 269
思考题和习题 270
参考文献 271
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