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内容大纲
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。 -
作者介绍
贾扬·巴利加（B.Jayant Baliga），教授是国际公认的功率半导体器件领域的专家，发表了500多篇学术文章，拥有120项美国专利。他在IGBT概念、发展和商业化方面的工作得到了美国奥巴马总统的认可，获得了2011年美国国家技术创新奖章——这是美国政府授予工程师的最高荣誉，以及2014年IEEE荣誉勋章——电气工程领域的最高荣誉。 -
目录
序
第2版前言
第1版前言
作者简介
第1章 引言
1.1 IGBT应用范围
1.2 IGBT器件的基本结构
1.3 IGBT的发展和商业化历史
1.4 额定功率的比例调整
1.5 小结
参考文献
第2章 IGBT结构和工作模式
2.1 对称D-MOS结构
2.2 非对称D-MOS结构
2.3 沟槽栅IGBT结构
2.4 透明发射极IGBT结构
2.5 新型IGBT结构
2.6 横向IGBT结构
2.7 互补IGBT结构
2.8 先进的IGBT结构
2.9 小结
参考文献
第3章 IGBT结构设计
3.1 阈值电压
3.2 对称IGBT结构
3.2.1 阻断电压
3.2.2 通态特性
3.2.3 存储的电荷
3.2.4 关断开关波形
3.2.5 关断功率损耗
3.2.6 功率损耗权衡曲线
3.3 非对称IGBT结构
3.3.1 阻断电压
3.3.2 通态特性
3.3.3 存储的电荷
3.3.4 关断开关波形
3.3.5 关断功率损耗
3.3.6 功率损耗权衡曲线
3.4 透明发射极IGBT结构
3.4.1 阻断电压
3.4.2 通态特性
3.4.3 存储的电荷
3.4.4 关断开关波形
3.4.5 关断功率损耗
3.4.6 功率损耗权衡曲线
3.5 SiC IGBT结构
3.5.1 N沟道非对称SiC IGBT结构
3.5.2 阻断特性
3.5.3 通态压降
3.5.4 关断特性
3.5.5 每个周期的开关能量损耗
3.6 优化非对称SiC IGBT结构
3.6.1 优化结构设计
3.6.2 通态压降
3.6.3 关断特性
3.6.4 功率损耗权衡曲线
3.6.5 最大工作频率
3.7 小结
参考文献
第4章 安全工作区设计
4.1 寄生晶闸管
4.2 抑制寄生晶闸管
4.2.1 深P+扩散
4.2.2 减小栅氧化层厚度
4.2.3 分流结构
4.2.4 单元拓扑
4.2.5 防闩锁结构
4.3 安全工作区（SOA）
4.3.1 正向偏置SOA
4.3.2 反向偏置SOA
4.3.3 短路SOA
4.4 新型硅器件结构
4.5 SiC器件
4.6 小结
参考文献
第5章 芯片设计、保护和制造
5.1 有源区
5.2 栅极焊盘设计
5.3 边缘终端设计
5.4 集成传感器
5.4.1 过电流保护
5.4.2 过电压保护
5.4.3 过温保护
5.5 平面栅器件制造工艺
5.6 沟槽栅器件制造工艺
5.7 寿命控制
5.8 小结
参考文献
第6章 封装和模块设计
6.1 分立器件封装
6.2 改进的分立器件封装
6.3 基本功率模块
6.4 扁平封装功率模块
6.5 无金属基板的功率模块
6.6 智能功率模块
6.6.1 双列直插式封装
6.6.2 智能功率模块介绍
6.7 可靠性
6.8 小结
参考文献
20.3.3 二氧化碳减排
20.4 未来的社会影响
20.5 小结
参考文献
第21章 综述
21.1 最先进的IGBT产品
21.2 宽带隙半导体功率器件
21.2.1 最先进的SiC功率MOSFET
21.2.2 成本分析
21.3 小结
参考文献
第7章 栅极驱动电路设计
7.1 基本栅极驱动
7.2 非对称栅极驱动
7.3 两级栅极驱动
7.4 有源栅极电压控制
7.5 可变栅极电阻驱动
7.6 数字栅极驱动
7.7 短路保护
7.8 磁耦合栅极驱动
7.9 Posicast栅极驱动
7.10 降低EMI栅极驱动
7.11 BaSIC拓扑
7.12 小结
参考文献
第8章 IGBT电路模型
8.1 基于物理的电路模型
8.1.1 SABER NPT-IGBT电路模型
8.1.2 SABER PT-IGBT电路模型
8.1.3 SABER IGBT电热电路模型
8.1.4 SABER IGBT1模型
8.2 IGBT模拟行为模型
8.3 模型参数提取
8.4 小结
参考文献
第9章 IGBT应用：运输业
9.1 汽油动力车辆
9.1.1 凯特林机械点火系统
9.1.2 电子点火系统
9.1.3 点火IGBT设计
9.1.4 双电压钳位点火IGBT设计
9.1.5 智能点火IGBT设计
9.1.6 点火IGBT产品
9.2 辅助汽车驱动器
9.3 电动和混合动力电动汽车
9.3.1 电动汽车逆变器设计
9.3.2 电动汽车IGBT芯片设计
9.3.3 电动汽车再生制动
9.4 电动汽车充电站
9.4.1 电动汽车充电要求
9.4.2 电动汽车充电电路
9.4.3 现代电动汽车充电站
9.5 电动公共汽车
9.5.1 电动公共汽车控制电路
9.5.2 电动公共汽车充电
9.5.3 感应式电动公共汽车充电
9.6 有轨电车和无轨电车
9.7 地铁和机场列车
9.8 电力机车
9.8.1 直流电源母线
9.8.2 交流电源母线
9.8.3 多系统电动列车
9.9 柴油电力机车
9.10 高速电动列车
9.10.1 电动机驱动拓扑
9.10.2 IGBT模块设计
9.11 货运列车
9.12 船舶推进
9.12.1 滚装船
9.12.2 游轮
9.12.3 液化天然气运输船
9.12.4 船舶电路断路器
9.13 全电商用飞机
9.13.1 DC-DC变换器
9.13.2 DC-AC逆变器
9.13.3 机电式飞机方向舵执行器
9.13.4 无刷直流电动机驱动
9.14 全电通勤飞机
9.14.1 民用倾转旋翼机
9.14.2 有源中点钳位逆变器驱动
9.14.3 客运无人机
9.15 用于飞机的IGBT模块
9.16 IGBT宇宙射线故障
9.17 小结
参考文献
第10章 IGBT应用：工业
10.1 工业电动机驱动
10.2 用于电动机控制的可调速驱动
10.3 脉宽调制可调速驱动
10.3.1 PWM波形
10.3.2 功率损耗权衡曲线
10.3.3 功率损耗分析
10.4 工厂自动化
10.4.1 互补的IGBT
10.4.2 P沟道IGBT设计
10.5 机器人
10.5.1 无线缆电源
10.5.2 工业机器人控制器
10.5.3 线性执行器
10.5.4 移动式龙门起重机机器人
10.6 焊接
10.6.1 降压变换器
10.6.2 变压器耦合电源
10.6.3 双市电电源
10.6.4 机器人电弧焊接
10.6.5 消耗性电极焊接
10.6.6 焊接用IGBT的优化
10.7 感应加热
10.7.1 锻造、退火和管材焊接
10.7.2 流体加热
10.7.3 金属熔炉
10.7.4 用于感应加热的IGBT设计
10.8 铣床和钻床
10.8.1 高速铣床
10.8.2 高速钻床
10.8.3 高速电火花加工
10.9 钢铁厂和造纸厂
10.9.1 金属工业
10.9.2 纸浆和造纸工业
10.10 静电除尘器
10.11 纺织厂
10.12 采矿和挖掘
10.13 工业应用的IGBT优化
10.14 低功率IPM
10.15 死区补偿
10.16 混合Si IGBT/SiC MOSFET开关
10.17 小结
参考文献
第11章 IGBT应用：照明
11.1 三位一体白炽灯
11.2 紧凑型荧光灯（CFL）
11.2.1 CFL发光
11.2.2 半桥镇流器拓扑
11.2.3 功率晶体管比较
11.2.4 自谐振镇流器拓扑
11.2.5 功率因数校正
11.2.6 用于CFL的分立IGBT设计
11.2.7 用于CFL的集成IGBT设计
11.3 发光二极管（LED）
11.3.1 LED驱动器
11.3.2 常规LED驱动器
11.3.3 多个串联/并联 LED 驱动器
11.3.4 传导EMI
11.4 频闪闪光灯
11.4.1 频闪电路
11.4.2 用于频闪灯的IGBT设计
11.4.3 专业闪光灯
11.5 氙气短弧灯
11.5.1 汽车前照灯
11.5.2 电影院放映机
11.6 频闪成像
11.7 可调光灯具
11.8 快速热退火
11.9 基于LED的内窥镜
11.10 小结
参考文献
第12章 IGBT应用：消费类
12.1 大型电器
12.1.1 空调（热泵）
12.1.2 电冰箱
12.1.3 洗衣机
12.1.4 微波炉
12.1.5 电磁炉灶具
12.1.6 洗碗机
12.2 小家电
12.2.1 便携式电磁炉和电饭煲
12.2.2 食品料理机（搅拌机、榨汁机、混合器）
12.2.3 真空吸尘器
12.3 电视机
12.3.1 CRT电视机
12.3.2 等离子电视机
12.3.3 预调节器电路
12.4 面向消费类应用的IGBT设计优化
12.4.1 电动机驱动的IGBT优化
12.4.2 用于电磁炉的IGBT优化
12.4.3 用于电视机的IGBT优化
12.4.4 用于功率因数校正的IGBT优化
12.5 小结
参考文献
第13章 IGBT应用：医疗
13.1 X射线机
13.1.1 串并联谐振电源
13.1.2 双模电源
13.2 计算机断层扫描
13.2.1 PWM谐振变换器电源
13.2.2 旋转龙门架谐振逆变器电源
13.2.3 固定龙门谐振逆变器电源
13.3 磁共振成像
13.3.1 双并联四象限直流斩波功率放大器
13.3.2 四并联全桥功率放大器
13.3.3 堆叠式三桥功率放大器
13.3.4 多输出移相功率放大器
13.3.5 串联电压补偿电源
13.3.6 超级电容器储能电源
13.4 医学超声检查
13.4.1 超声检查原理
13.4.2 脉冲电源
13.5 除颤器
13.5.1 AED
13.5.2 AED中的能量产生和脉冲形成
13.5.3 植入式心律转复除颤器
13.5.4 外科用心脏转复除颤器
13.6 医用同步加速器
13.6.1 CNAO磁线圈电源
13.6.2 群马磁线圈电源
13.7 医用激光
13.7.1 脉冲压缩网络电源
13.7.2 电容器放电电源
13.7.3 串/并联变压器电源
13.8 灭菌和消毒
13.9 医疗应用的IGBT设计
13.10 小结
参考文献
第14章 IGBT应用：国防
14.1 电力电子构建模块（PEBB）
14.1.1 PEBB-1、PEBB-2和PEBB
14.1.2 海军变频器
14.1.3 并联有源电力滤波器
14.1.4 三电平ANPC-VSC PEBB
14.1.5 用于多电飞机的PEBB
14.2 电动战舰
14.2.1 推进驱动选项
14.2.2 海军舰载配电
14.2.3 固态转换开关
14.2.4 固态断路器
14.2.5 直接转换系统
14.2.6 混合ANPC H桥系统
14.3 航空母舰
14.3.1 轨道炮炮弹发射器
14.3.2 飞机发射器
14.4 核潜艇和柴电潜艇
14.4.1 静音电驱动
14.4.2 IGBT能量循环
14.5 军用车辆
14.5.1 双向DC-DC变换器
14.6 空军喷气式飞机
14.6.1 配电架构
14.6.2 便携式轨道炮
14.7 导弹防御
14.7.1 雷达发射机
14.7.2 速调管雷达电源
14.7.3 多普勒雷达脉冲电源
14.7.4 敏捷镜面雷达
14.7.5 战区导弹防御用地面雷达
14.8 国防应用IGBT
14.8.1 脉冲功率容量
14.8.2 可靠性
14.9 小结
参考文献
第15章 IGBT应用：可再生能源
15.1 水力发电
15.1.1 大型发电厂
15.1.2 小型发电厂
15.1.3 电压和频率解耦控制器
15.1.4 辅助发电机组
15.2 光伏发电
15.2.1 光伏逆变器拓扑
15.2.2 HERIC光伏逆变器
15.2.3 三相光伏逆变器
15.2.4 非隔离交互式光伏逆变器
15.2.5 非隔离降压-升压光伏逆变器
15.2.6 光伏逆变器最大功率点跟踪电路
15.2.7 电流源光伏逆变器
15.2.8 三相电流源光伏逆变器
15.2.9 商用光伏变换器
15.2.10 太阳能发电场NPC2拓扑
15.2.11 家用太阳能双源多电平逆变器
15.2.12 光伏储能
15.2.13 光伏应用中的IGBT
15.3 风力发电
15.3.1 风力发电机配置
15.3.2 基本变换器拓扑
15.3.3 海上风力发电装置
15.3.4 中国海上风电装置
15.3.5 欧洲海上风电装置
15.3.6 独立风电装置
15.3.7 用于无功功率补偿的STATCOM
15.3.8 用于风力发电的IGBT
15.4 波浪发电
15.4.1 OSPREY波浪发电
15.4.2 波浪龙发电
15.4.3 Bolt浮筒发电
15.4.4 最佳阻尼策略
15.4.5 振荡水柱
15.5 潮汐能
15.6 地热能
15.6.1 发电系统架构
15.7 小结
第16章 IGBT应用：电力传输
16.1 高压直流（HVDC）输电
16.2 HVDC组件
16.3 HVDC趋势
16.3.1 格拉茨桥
16.3.2 基于CSC的HVDC
16.3.3 STATCOM
16.3.4 自供电IGBT开关
16.3.5 冰球压接IGBT设计
16.3.6 VSC-HVDC的IGBT额定值
16.4 交流输电
16.4.1 柔性交流输电系统（FACTS）
16.4.2 SVC
16.4.3 STATCOM
16.4.4 轻型SVC
16.4.5 SVC和STATCOM在中国
16.4.6 城市STATCOM设计
16.4.7 STATCOM稳定性分析
16.5 HVDC背靠背变换器
16.6 海上输电
16.6.1 石油钻井平台电力传输
16.6.2 风电场输电
16.7 优质电力园区
16.8 用于电力传输的IGBT设计
16.9 小结
参考文献
第17章 IGBT应用：金融
17.1 电能质量设备
17.2 电力可靠性和质量
17.3 动态电压恢复器
17.4 不间断电源（UPS）
17.4.1 富士电机公司的200kVA UPS
17.4.2 藤仓公司的10kVA UPS
17.4.3 东芝公司的500kVA UPS
17.4.4 汤浅公司的3kVA UPS
17.4.5 大金公司的UPS
17.4.6 单级UPS拓扑
17.4.7 无变压器300kVA UPS
17.4.8 带静态转换开关的UPS
17.4.9 三相四线制混合频率并联UPS
17.5 优质电力园区
17.6 UPS的IGBT设计
17.7 IGBT UPS故障模式
17.8 小结
参考文献
第18章 IGBT应用：储能
18.1 抽水蓄能
18.1.1 变速抽水蓄能电站
18.1.2 电压骤降补偿
18.1.3 稳定风能和太阳能可再生能源
18.2 其他储能技术
18.2.1 利用超级电容器储能缓解风电故障穿越
18.2.2 通过电池储能缓解太阳能电压波动
18.2.3 电池储能系统
18.2.4 模糊逻辑控制的STATCOM
18.3 数据中心储能
18.3.1 储能选项
18.3.2 分布式储能
18.3.3 直流电压分配
18.4 小结
参考文献
第19章 IGBT应用：其他
19.1 智能家居
19.1.1 智能插座和智能开关
19.1.2 智能电源模块
19.2 打印机和复印机
19.3 感应电能传输
19.3.1 舞台照明
19.3.2 嵌入式电动汽车充电器
19.4 机场安检X射线扫描仪
19.5 脉冲功率
19.5.1 马克思高压脉冲发生器
19.5.2 离子注入
19.5.3 癌症治疗脉冲发生器
19.6 粒子物理
19.6.1 斯坦福直线加速器
19.6.2 国际直线对撞机
19.6.3 费米实验室主注入机
19.6.4 日本强子对撞机
19.6.5 欧洲核子研究中心的大型强子对撞机
19.6.6 散裂中子源
19.7 脉冲激光器
19.7.1 电源
19.7.2 IGBT模块
19.8 食品灭菌
19.9 水处理
19.9.1 消毒
19.9.2 海水淡化
19.9.3 污水处理
19.9.4 水管结垢
19.9.5 工业和制药污染
19.10 石油开采
19.10.1 油管加热
19.10.2 海底石油开采
19.10.3 阿萨巴斯卡油砂
19.11 石化厂
19.12 气体液化
19.13 超导磁存储
19.14 聚变能
19.15 备用发电机
19.16 过山车
19.17 美国国家航空航天局
19.17.1 航天飞机主发动机推力控制
19.17.2 航天飞机轨道机动系统
19.17.3 航天飞机配电
19.17.4 国际空间站配电
19.17.5 载人星际任务
19.17.6 低温电力电子
19.17.7 IGBT故障分析
19.18 小结
参考文献
第20章 IGBT的社会影响
20.1 电子点火系统
20.1.1 节省燃料
20.1.2 消费者成本节约
20.1.3 二氧化碳减排
20.2 可调速电动机驱动
20.2.1 电能节约
20.2.2 电力成本节约
20.2.3 二氧化碳减排
20.3 紧凑型荧光灯
20.3.1 电能节约
20.3.2 电力成本节约
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