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内容大纲
以碳化硅和氮化镓为代表的宽禁带半导体功率器件，是高效高质电能变换的核心基础器件，在电气化交通、新能源发电、输变电装备、航空航天、国防军工等领域，具有不可替代的作用。然而，宽禁带功率器件仍然沿用40年前硅功率器件的测试方法，无法满足其超高的电压应力、开关速度、共模干扰等测试需求。如何精准、原位地表征宽禁带功率器件的开关动态行为，是“芯片设计—先进封装—高端装备”全产业链的共性基础问题，已成为宽禁带半导体行业的痛点问题。围绕宽禁带功率器件的基础研究和前沿应用，本书系统介绍了宽禁带功率器件的应用场景和发展趋势，梳理了宽禁带功率器件开关动态测试的技术需求与难题挑战，阐述了宽禁带功率器件的开关动态测试的电路、系统和方法，分析了宽禁带功率器件用测试仪器的理论模型和标定方法，探讨了高带宽、低杂感的分流器电流探头创新概念，给出了高带宽、高精度的罗氏线圈电流探头设计方法，提出了高带宽、高阻抗的差分电压探头新结构，发明了高共模抑制比、低成本的光学隔离拓展器，构建了适用于宽禁带功率器件的高带宽、宽量程、低侵入、高抗扰测试仪器体系。
本书是一本理论基础和工程实践相结合的专著，可作为高校电力电子技术、仪器科学与技术、集成电路及相关专业高年级本科生、研究生和教师的参考书，也可供从事宽禁带半导体功率器件研究与应用的工程技术人员参考使用。 -
作者介绍
曾正，重庆大学电气工程学院教授，博士生导师。长期从事电力电子技术方面的研究，研究领域包括新型功率半导体器件封装集成与应用、新能源并网变流器运行控制与稳定等。主持国家自然科学基金1项、国家重点研发计划子课题2项，主持完成其他各类科技项目8项，出版专著2部，发表论文120余篇（包括SCI论文30余篇、ESI高被引论文1篇、F5000顶尖论文1篇），论文被引1900余次（H影响因子22），授权发明专利10余项（已转让1项）。 -
目录
前言
第1章 宽禁带功率器件开关动态测试的技术需求与挑战
1.1 宽禁带功率器件的技术现状与发展趋势
1.1.1 宽禁带功率器件的应用场景
1.1.2 宽禁带功率器件的技术优势
1.1.3 宽禁带功率器件的应用案例
1.1.4 宽禁带功率器件的发展趋势
1.2 宽禁带功率器件的开关动态测试需求
1.2.1 开关动态的测试系统
1.2.2 开关动态的典型结果
1.3 宽禁带功率器件的开关动态测试挑战
1.3.1 功率器件的挑战
1.3.2 测试仪器的挑战
1.4 本章小结
参考文献
第2章 宽禁带功率器件开关动态测试的行业调研与分析
2.1 行业调研的背景意义
2.2 行业调研的主要内容
2.3 行业调研的统计结果
2.3.1 开关动态测试的目的
2.3.2 开关动态测试的范畴
2.3.3 开关动态测试的仪器
2.3.4 开关动态测试的难题
2.4 行业调研的分析讨论
2.4.1 应用场景的需求与偏好
2.4.2 测试探头的影响与限制
2.4.3 动态测试的问题与挑战
2.5 行业调研的技术发现
2.6 本章小结
参考文献
第3章 宽禁带功率器件的开关动态测试电路
3.1 单脉冲测试电路
3.1.1 测试电路的演化规律
3.1.2 测试电路的典型波形
3.2 双脉冲测试电路
3.2.1 测试电路的演化规律
3.2.2 测试电路的典型波形
3.3 同步整流双脉冲测试电路
3.3.1 测试电路的演化规律
3.3.2 测试电路的工作原理
3.3.3 测试电路的典型波形
3.4 其他开关动态测试电路
3.4.1 多脉冲测试电路
3.4.2 多电平测试电路
3.4.3 电流源测试电路
3.4.4 脉冲放电测试电路
3.4.5 软开关测试电路
3.5 商业化功率器件的开关动态测试电路
3.5.1 国际标准中的测试电路
3.5.2 Si MOSFET功率器件的开关动态测试电路
3.5.3 Si SJ-MOSFET功率器件的开关动态测试电路
3.5.4 Si IGBT功率器件的开关动态测试电路
3.5.5 SiC MOSFET功率器件的开关动态测试电路
3.5.6 GaN HEMT功率器件的开关动态测试电路
3.5.7 功率器件开关动态测试电路的对比分析
3.6 开关动态测试的典型应用
3.6.1 功率变换器的死区时间设计
3.6.2 功率变换器的运行效率评估
3.6.3 功率器件的封装寄生电感测试
3.7 本章小结
参考文献
第4章 宽禁带功率器件的开关动态测试条件
4.1 测试系统构成
4.2 直流母线
4.2.1 直流供电电源
4.2.2 直流母线电容
4.2.3 缓冲吸收电路
4.3 负荷电感
4.4 驱动电路
4.5 温控平台
4.6 脉冲发生器
4.7 测试仪器
4.7.1 电压探头
4.7.2 电流探头
4.7.3 示波器
4.7.4 同轴电缆
4.8 其他注意事项
4.9 本章小结
参考文献
第5章 宽禁带功率器件的开关动态测试方法
5.1 最大测试脉冲宽度的设计
5.1.1 功率器件的测试脉冲宽度影响
5.1.2 功率器件的温度敏感性影响
5.2 电压和电流探头的同步校正
5.2.1 电压和电流不同步的影响
5.2.2 电压和电流同步校正方法
5.3 功率器件的开尔文连接
5.3.1 开尔文源极连接
5.3.2 开尔文漏极连接
5.4 开关动态测试结果的计量方法
5.4.1 现有标准的计量方法
5.4.2 开关时间的计量方法
5.4.3 开关损耗的计量方法
5.4.4 开关速度的计量方法
5.5 其他注意事项
5.6 本章小结
参考文献
第6章 宽禁带功率器件测试用探头的数学模型与标定方法
6.1 探头带宽拓展的基本思路
6.1.1 传输线效应
6.1.2 传输线的数学模型
6.2 探头带宽的标定原理与方法
6.2.1 探头的典型端口网络
6.2.2 探头带宽的标定方法
6.3 探头输入阻抗的标定原理与方法
6.3.1 反射系数法
6.3.2 散射参量法
6.3.3 自动平衡电桥法
6.3.4 阻抗测量方法的对比
6.3.5 功率器件的典型输入阻抗
6.4 探头延迟时间的标定原理与方法
6.4.1 各个测量环节的典型频率特征
6.4.2 探头延迟时间的标定方法
6.5 探头共模抑制比的标定原理与方法
6.5.1 共模抑制比的定量模型
6.5.2 共模抑制比的标定方法
6.6 实验结果与分析
6.6.1 典型电流探头的标定结果
6.6.2 典型电压探头的标定结果
6.7 本章小结
参考文献
第7章 宽禁带功率器件测试用高带宽分流器电流探头
7.1 宽禁带功率器件对电流分流器的技术挑战
7.2 高性能电流分流器的技术定义
7.2.1 电流分流器的性能需求
7.2.2 电流分流器的性能实测
7.3 电流分流器的拓扑分析及性能制约因素
7.3.1 电流分流器的典型拓扑
7.3.2 电流分流器的性能退化机理
7.4 高带宽低寄生电流分流器的设计方法
7.4.1 阻抗匹配分流器的基本概念
7.4.2 阻抗匹配分流器的设计方法
7.5 实验结果与分析
7.5.1 输入阻抗标定实验结果与分析
7.5.2 带宽性能标定实验结果与分析
7.5.3 相位特性标定实验结果与分析
7.5.4 寄生参数标定实验结果与分析
7.5.5 标定结果的综合性能对比与分析
7.5.6 基于双脉冲测试的综合性能验证
7.6 大电流小型化电流分流器的设计方法
7.6.1 IM-Shunt的小型化方法
7.6.2 Mini-Shunt的基本概念与设计方法
7.6.3 Mini-Shunt的热网络模型
7.6.4 Mini-Shunt的热稳定性能
7.6.5 Mini-Shunt的热仿真分析
7.7 实验结果与分析
7.7.1 Mini-Shunt样机研制
7.7.2 Mini-Shunt特性校准
7.7.3 基于双脉冲测试的综合性能验证
7.7.4 基于稳态和脉冲测试的热性能验证
7.8 本章小结
参考文献
第8章 宽禁带功率器件测试用高带宽罗氏线圈电流探头
8.1 宽禁带功率器件对罗氏线圈的技术挑战
8.2 高带宽罗氏线圈的数学模型
8.2.1 传统罗氏线圈的典型结构
8.2.2 传统罗氏线圈的带宽限制
8.2.3 传输线罗氏线圈的基本概念
8.2.4 传输线罗氏线圈的带宽提升机理
8.2.5 传输线罗氏线圈的阻抗计算
8.2.6 传输线罗氏线圈的积分器设计
8.3 高带宽罗氏线圈的低频误差降低方法
8.3.1 偏置效应的实测结果
8.3.2 偏置效应的产生机理
8.3.3 偏置效应的降低方法
8.4 高带宽罗氏线圈的中高频误差降低方法
8.4.1 涡流效应的实测结果
8.4.2 涡流效应的产生机理
8.4.3 涡流效应的定量分析
8.4.4 涡流效应的物理本质
8.4.5 涡流效应的抑制方法
8.5 实验结果与分析
8.5.1 传输线罗氏线圈的参数设计
8.5.2 传输线罗氏线圈的带宽标定
8.5.3 传输线罗氏线圈的屏蔽特性
8.5.4 基于双脉冲测试的性能验证
8.6 本章小结
参考文献
第9章 宽禁带功率器件测试用高带宽差分电压探头
9.1 宽禁带功率器件对浮动电压测试的技术挑战
9.2 差分电压探头的拓扑分析及性能制约因素
9.2.1 差分电压探头的典型测量环节
9.2.2 功率器件开关过程的能量模型
9.2.3 分压网络的噪声模型
9.2.4 功率器件开关过程与探头的能量交互机理
9.2.5 差分电压探头的带宽制约分析
9.3 高带宽差分电压探头的设计方法
9.3.1 传输线分压器的基本概念
9.3.2 传输线分压器的仿真分析
9.3.3 补偿滤波器的设计方法
9.3.4 差分电压探头的带宽极限
9.4 实验结果与分析
9.4.1 带宽标定实验结果与分析
9.4.2 精度标定实验结果与分析
9.4.3 输入阻抗标定实验结果与分析
9.4.4 共模抑制比标定实验结果与分析
9.4.5 延迟时间标定实验结果与分析
9.4.6 开关动态表征与评估
9.4.7 综合性能对比
9.5 本章小结
参考文献
第10章 宽禁带功率器件测试用高带宽光隔离电压探头
10.1 宽禁带功率器件对电气隔离测试的技术挑战
10.2 电气隔离测试的关键问题与技术需求
10.2.1 电气隔离测试的关键问题
10.2.2 电气隔离测试的技术需求
10.3 光学拓展器的工作原理及设计方法
10.3.1 探头隔离拓展的基本概念
10.3.2 光学拓展器的工作原理
10.3.3 光学拓展器的设计方法
10.4 光学拓展器的频域性能表征方法
10.4.1 光学拓展器的参数设计及理论性能
10.4.2 光学拓展器前向增益特性的校准方法
10.4.3 电气隔离探头与光学拓展器的性能对比
10.4.4 光学拓展器与非隔离探头的性能扩展
10.5 实验结果与分析
10.5.1 高侧和低侧栅-源极电压测试
10.5.2 高侧漏-源极电压测试
10.5.3 高侧漏极电流测试
10.6 本章小结
参考文献
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