书名：IGBT器件——物理、设计与应用（原书第2版）
定价：198.0
ISBN：9787111789123
作者： [美] 贾扬·巴利加（B.Jayant Baliga）
版次：1
出版时间：2025-09

内容提要：

本书详细介绍了绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的结构和工作原理、单元结构的设计；整个芯片架构，包括有源区、栅极焊盘和边缘终端；保护电路；用于控制所述器件的栅极驱动电路；电路仿真模型。经过作者的构思和商业化，在过去的40年里，IGBT已成为大部分经济部门电源管理的重要器件。本书提供了各个经济部门中用于每个IGBT应用的电路拓扑，以及IGBT器件结构的优化以最大限度地提高其性能。IGBT在节约能源、节约成本和减少二氧化碳排放方面对全球数十亿人产生的巨大社会影响也得到了量化。本书提供了900多个参考文献，供读者更深入地探索这些主题，其中包括自本书第1版以来出版的许多出版物。

    本书内容深入浅出，适合电力电子、微电子、功率器件、功率IC设计与制造领域的研究人员、技术人员阅读，也可作为高等院校相关专业高年级本科生和研究生的参考书。

目录：

序

第2版前言

第1版前言

作者简介

第1章 引言1

1.1IGBT应用范围2

1.2IGBT器件的基本结构3

1.3IGBT的发展和商业化历史3

1.4额定功率的比例调整9

1.5小结12

参考文献12

第2章 IGBT结构和工作模式16

2.1对称D-MOS结构16

2.2非对称D-MOS结构18

2.3沟槽栅IGBT结构19

2.4透明发射极IGBT结构19

2.5新型IGBT结构20

2.6横向IGBT结构22

2.7互补IGBT结构23

2.8先进的IGBT结构24

2.9小结25

参考文献25

第3章 IGBT结构设计27

3.1阈值电压27

3.2对称IGBT结构29

3.2.1阻断电压29

3.2.2通态特性31

3.2.3存储的电荷35

3.2.4关断开关波形36

3.2.5关断功率损耗39

3.2.6功率损耗权衡曲线40

3.3非对称IGBT结构41

3.3.1阻断电压41

3.3.2通态特性43

3.3.3存储的电荷50

3.3.4关断开关波形52

3.3.5关断功率损耗56

3.3.6功率损耗权衡曲线58

3.4透明发射极IGBT结构61

3.4.1阻断电压62

3.4.2通态特性62

3.4.3存储的电荷67

3.4.4关断开关波形69

3.4.5关断功率损耗71

3.4.6功率损耗权衡曲线72

3.5SiC IGBT结构75

3.5.1N沟道非对称SiC IGBT结构76

3.5.2阻断特性77

3.5.3通态压降79

3.5.4关断特性83

3.5.5每个周期的开关能量损耗85

3.6优化非对称SiC IGBT结构85

3.6.1优化结构设计85

3.6.2通态压降86

3.6.3关断特性88

3.6.4功率损耗权衡曲线90

3.6.5最大工作频率90

3.7小结92

参考文献92

第4章 安全工作区设计95

4.1寄生晶闸管95

4.2抑制寄生晶闸管96

4.2.1深P+扩散97

4.2.2减小栅氧化层厚度98

4.2.3分流结构100

4.2.4单元拓扑101

4.2.5防闩锁结构105

4.3安全工作区(SOA)106

4.3.1正向偏置SOA107

4.3.2反向偏置SOA109

4.3.3短路SOA110

4.4新型硅器件结构111

4.5SiC器件112

4.6小结113

参考文献113

第5章 芯片设计、保护和制造115

5.1有源区115

5.2栅极焊盘设计117

5.3边缘终端设计119

5.4集成传感器120

5.4.1过电流保护121

5.4.2过电压保护123

5.4.3过温保护125

5.5平面栅器件制造工艺126

5.6沟槽栅器件制造工艺128

5.7寿命控制131

5.8小结133

参考文献133

第6章 封装和模块设计135

6.1分立器件封装135

6.2改进的分立器件封装137

6.3基本功率模块138

6.4扁平封装功率模块140

6.5无金属基板的功率模块142

6.6智能功率模块144

6.6.1双列直插式封装144

6.6.2智能功率模块介绍146

6.7可靠性147

6.8小结148

参考文献148

第7章 栅极驱动电路设计150

7.1基本栅极驱动150

7.2非对称栅极驱动151

7.3两级栅极驱动152

7.4有源栅极电压控制152

7.5可变栅极电阻驱动154

7.6数字栅极驱动156

7.7短路保护157

7.8磁耦合栅极驱动158

7.9Posicast栅极驱动158

7.10降低EMI栅极驱动159

7.11BaSIC拓扑160

7.12小结162

参考文献162

第8章 IGBT电路模型165

8.1基于物理的电路模型165

8.1.1SABER NPT-IGBT电路模型165

8.1.2SABER PT-IGBT电路模型169

8.1.3SABER IGBT电热电路模型171

8.1.4SABER IGBT1模型172

8.2IGBT模拟行为模型173

8.3模型参数提取176

8.4小结176

参考文献176

第9章 IGBT应用：运输业178

9.1汽油动力车辆178

9.1.1凯特林机械点火系统178

9.1.2电子点火系统179

9.1.3点火IGBT设计181

9.1.4双电压钳位点火IGBT设计182

9.1.5智能点火IGBT设计183

9.1.6点火IGBT产品184

9.2辅助汽车驱动器185

9.3电动和混合动力电动汽车185

9.3.1电动汽车逆变器设计186

9.3.2电动汽车IGBT芯片设计189

9.3.3电动汽车再生制动190

9.4电动汽车充电站191

9.4.1电动汽车充电要求191

9.4.2电动汽车充电电路193

9.4.3现代电动汽车充电站193

9.5电动公共汽车195

9.5.1电动公共汽车控制电路195

9.5.2电动公共汽车充电196

9.5.3感应式电动公共汽车充电198

9.6有轨电车和无轨电车198

9.7地铁和机场列车201

9.8电力机车203

9.8.1直流电源母线203

9.8.2交流电源母线203

9.8.3多系统电动列车204

9.9柴油电力机车205

9.10高速电动列车206

9.10.1电动机驱动拓扑207

9.10.2IGBT模块设计208

9.11货运列车210

9.12船舶推进210

9.12.1滚装船212

9.12.2游轮212

9.12.3液化天然气运输船213

9.12.4船舶电路断路器213

9.13全电商用飞机215

9.13.1DC-DC变换器215

9.13.2DC-AC逆变器216

9.13.3机电式飞机方向舵执行器217

9.13.4无刷直流电动机驱动217

9.14全电通勤飞机218

9.14.1民用倾转旋翼机218

9.14.2有源中点钳位逆变器驱动218

9.14.3客运无人机219

9.15用于飞机的IGBT模块220

9.16IGBT宇宙射线故障220

9.17小结220

参考文献221

第10章 IGBT应用：工业227

10.1工业电动机驱动227

10.2用于电动机控制的可调速驱动228

10.3脉宽调制可调速驱动230

10.3.1PWM波形231

10.3.2功率损耗权衡曲线231

10.3.3功率损耗分析234

10.4工厂自动化236

10.4.1互补的IGBT237

10.4.2P沟道IGBT设计237

10.5机器人239

10.5.1无线缆电源239

10.5.2工业机器人控制器240

10.5.3线性执行器241

10.5.4移动式龙门起重机机器人242

10.6焊接243

10.6.1降压变换器244

10.6.2变压器耦合电源244

10.6.3双市电电源244

10.6.4机器人电弧焊接245

10.6.5消耗性电极焊接245

10.6.6焊接用IGBT的优化246

10.7感应加热247

10.7.1锻造、退火和管材焊接247

10.7.2流体加热248

10.7.3金属熔炉248

10.7.4用于感应加热的IGBT设计249

10.8铣床和钻床250

10.8.1高速铣床251

10.8.2高速钻床251

10.8.3高速电火花加工252

10.9钢铁厂和造纸厂253

10.9.1金属工业254

10.9.2纸浆和造纸工业255

10.10静电除尘器256

10.11纺织厂257

10.12采矿和挖掘258

10.13工业应用的IGBT优化259

10.14低功率IPM261

10.15死区补偿261

10.16混合Si IGBT/SiC MOSFET开关262

10.17小结262

参考文献263

第11章 IGBT应用：照明267

11.1三位一体白炽灯268

11.2紧凑型荧光灯(CFL)270

11.2.1CFL发光271

11.2.2半桥镇流器拓扑271

11.2.3功率晶体管比较273

11.2.4自谐振镇流器拓扑274

11.2.5功率因数校正275

11.2.6用于CFL的分立IGBT设计275

11.2.7用于CFL的集成IGBT设计276

11.3发光二极管(LED)277

11.3.1LED驱动器278

11.3.2常规LED驱动器279

11.3.3多个串联/并联 LED 驱动器280

11.3.4传导EMI280

11.4频闪闪光灯281

11.4.1频闪电路282

11.4.2用于频闪灯的IGBT设计282

11.4.3专业闪光灯283

11.5氙气短弧灯284

11.5.1汽车前照灯284

11.5.2电影院放映机285

11.6频闪成像286

11.7可调光灯具286

11.8快速热退火286

11.9基于LED的内窥镜287

11.10小结288

参考文献288

第12章 IGBT应用：消费类291

12.1大型电器292

12.1.1空调（热泵）293

12.1.2电冰箱294

12.1.3洗衣机297

12.1.4微波炉300

12.1.5电磁炉灶具304

12.1.6洗碗机308

12.2小家电310

12.2.1便携式电磁炉和电饭煲310

12.2.2食品料理机（搅拌机、榨汁机、混合器）311

12.2.3真空吸尘器313

12.3电视机315

12.3.1CRT电视机315

12.3.2等离子电视机317

12.3.3预调节器电路319

12.4面向消费类应用的IGBT设计优化320

12.4.1电动机驱动的IGBT优化320

12.4.2用于电磁炉的IGBT优化322

12.4.3用于电视机的IGBT优化323

12.4.4用于功率因数校正的IGBT优化325

12.5小结326

参考文献327

第13章 IGBT应用：医疗331

13.1X射线机332

13.1.1串并联谐振电源333

13.1.2双模电源334

13.2计算机断层扫描335

13.2.1PWM谐振变换器电源336

13.2.2旋转龙门架谐振逆变器电源337

13.2.3固定龙门谐振逆变器电源338

13.3磁共振成像339

13.3.1双并联四象限直流斩波功率放大器340

13.3.2四并联全桥功率放大器340

13.3.3堆叠式三桥功率放大器342

13.3.4多输出移相功率放大器343

13.3.5串联电压补偿电源345

13.3.6超级电容器储能电源346

13.4医学超声检查347

13.4.1超声检查原理347

13.4.2脉冲电源348

13.5除颤器350

13.5.1AED352

13.5.2AED中的能量产生和脉冲形成353

13.5.3植入式心律转复除颤器353

13.5.4外科用心脏转复除颤器354

13.6医用同步加速器354

13.6.1CNAO磁线圈电源356

13.6.2群马磁线圈电源357

13.7医用激光358

13.7.1脉冲压缩网络电源359

13.7.2电容器放电电源360

13.7.3串/并联变压器电源360

13.8灭菌和消毒361

13.9医疗应用的IGBT设计362

13.10小结363

参考文献363

第14章 IGBT应用：国防367

14.1电力电子构建模块(PEBB)368

14.1.1PEBB-1、PEBB-2和PEBB-3370

14.1.2海军变频器370

14.1.3并联有源电力滤波器371

14.1.4三电平ANPC-VSC PEBB371

14.1.5用于多电飞机的PEBB371

14.2电动战舰372

14.2.1推进驱动选项373

14.2.2海军舰载配电375

14.2.3固态转换开关375

14.2.4固态断路器376

14.2.5直接转换系统378

14.2.6混合ANPC H桥系统378

14.3航空母舰379

14.3.1轨道炮炮弹发射器379

14.3.2飞机发射器381

14.4核潜艇和柴电潜艇381

14.4.1静音电驱动381

14.4.2IGBT能量循环382

14.5军用车辆383

14.5.1双向DC-DC变换器384

14.6空军喷气式飞机386

14.6.1配电架构387

14.6.2便携式轨道炮387

14.7导弹防御389

14.7.1雷达发射机390

14.7.2速调管雷达电源390

14.7.3多普勒雷达脉冲电源391

14.7.4敏捷镜面雷达392

14.7.5战区导弹防御用地面雷达393

14.8国防应用IGBT394

14.8.1脉冲功率容量394

14.8.2可靠性394

14.9小结396

参考文献397

第15章 IGBT应用：可再生能源400

15.1水力发电401

15.1.1大型发电厂402

15.1.2小型发电厂403

15.1.3电压和频率解耦控制器403

15.1.4辅助发电机组404

15.2光伏发电404

15.2.1光伏逆变器拓扑406

15.2.2HERIC光伏逆变器407

15.2.3三相光伏逆变器408

15.2.4非隔离交互式光伏逆变器408

15.2.5非隔离降压-升压光伏逆变器409

15.2.6光伏逆变器最大功率点跟踪电路409

15.2.7电流源光伏逆变器410

15.2.8三相电流源光伏逆变器410

15.2.9商用光伏变换器411

15.2.10太阳能发电场NPC2拓扑411

15.2.11家用太阳能双源多电平逆变器412

15.2.12光伏储能413

15.2.13光伏应用中的IGBT414

15.3风力发电415

15.3.1风力发电机配置416

15.3.2基本变换器拓扑417

15.3.3海上风力发电装置418

15.3.4中国海上风电装置421

15.3.5欧洲海上风电装置421

15.3.6独立风电装置421

15.3.7用于无功功率补偿的STATCOM422

15.3.8用于风力发电的IGBT422

15.4波浪发电425

15.4.1OSPREY波浪发电426

15.4.2波浪龙发电427

15.4.3Bolt浮筒发电428

15.4.4最佳阻尼策略429

15.4.5振荡水柱429

15.5潮汐能429

15.6地热能430

15.6.1发电系统架构431

15.7小结431

第16章 IGBT应用：电力传输439

16.1高压直流（HVDC）输电439

16.2HVDC组件441

16.3HVDC趋势441

16.3.1格拉茨桥442

16.3.2基于CSC的HVDC443

16.3.3STATCOM444

16.3.4自供电IGBT开关444

16.3.5冰球压接IGBT设计445

16.3.6VSC-HVDC的IGBT额定值445

16.4交流输电446

16.4.1柔性交流输电系统（FACTS）447

16.4.2SVC447

16.4.3STATCOM448

16.4.4轻型SVC448

16.4.5SVC和STATCOM在中国449

16.4.6城市STATCOM设计449

16.4.7STATCOM稳定性分析450

16.5HVDC背靠背变换器450

16.6海上输电450

16.6.1石油钻井平台电力传输450