寬禁帶電力電子器件原理與應用

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 電力電子器件的基本功能和用途 1
1.2 電力電子器件的優(yōu)選材料 2
1.2.1 碳化硅材料 2
1.2.2 氮化鎵材料 5
1.3 電力電子器件的基本分類和應用 7
1.3.1 按半導體材料分類 7
1.3.2 按控制特性分類 9
1.3.3 按驅(qū)動方式分類 10
1.4 寬禁帶電力電子器件的現(xiàn)狀與發(fā)展 10
1.4.1 SiC基電力電子器件 10
1.4.2 GaN基電力電子器件 16
1.4.3 寬禁帶電力電子器件的發(fā)展 19
思考題和習題 20
第2章 寬禁帶電力電子器件的物理基礎與基本原理 21
2.1 半導體的物理基礎 21
2.1.1 半導體、導體與絕緣體 21
2.1.2 能帶 22
2.1.3 本征半導體與雜質(zhì)半導體 25
2.1.4 半導體中的載流子運動 30
2.1.5 PN結 30
2.2 SiC器件的結構與原理 34
2.2.1 SiC基二極管 34
2.2.2 SiC MOSFET 36
2.2.3 SiC JFET 38
2.2.4 SiC BJT 40
2.3 GaN器件的結構與原理 41
2.3.1 不同結構GaN器件 41
2.3.2 GaN基二極管 43
2.3.3 GaN HEMT 44
2.4 本章小結 46
思考題和習題 46
第3章 寬禁帶電力電子器件的特性與參數(shù) 47
3.1 雙穩(wěn)態(tài)與雙瞬態(tài)的基本工作狀態(tài) 47
3.1.1 特性與參數(shù)關系 47
3.1.2 雙穩(wěn)態(tài)與雙瞬態(tài) 51
3.1.3 額定值與特征值 52
3.2 SiC器件的特性與參數(shù) 54
3.2.1 SiC肖特基二極管的特性與參數(shù) 54
3.2.2 SiC MOSFET的特性與參數(shù) 61
3.2.3 SiC JFET的特性與參數(shù) 72
3.2.4 SiC BJT的特性與參數(shù) 89
3.3 GaN器件的特性與參數(shù) 92
3.3.1 GaN基二極管的特性與參數(shù) 92
3.3.2 Cascode GaN HEMT的特性與參數(shù) 95
3.3.3 eGaN HEMT的特性與參數(shù) 102
3.3.4 GaN GIT的特性與參數(shù) 110
3.4 本章小結 115
思考題和習題 115
第4章 基于寬禁帶電力電子器件的單管和橋臂電路工作原理 117
4.1 單管電路開關過程及特性分析 117
4.1.1 單管電路開關過程分析 117
4.1.2 開關時間與開關損耗的定義 122
4.1.3 開關時間和開關特性的影響因素分析 122
4.1.4 di/dt、du/dt的影響因素分析 124
4.2 理想與實際開關器件和PCB 的區(qū)別 126
4.2.1 器件寄生參數(shù) 126
4.2.2 PCB 寄生參數(shù) 130
4.2.3 開關回路的關鍵走線和開關節(jié)點 132
4.3 感性負載下非理想開關過程及特性分析 133
4.3.1 寄生電感對單管開關過程的影響分析 133
4.3.2 寄生電容對單管開關過程的影響分析 135
4.3.3 寄生參數(shù)對SiC MOSFET開關特性的影響小結 136
4.4 橋臂電路基本工作原理 138
4.4.1 直通現(xiàn)象與死區(qū)設置 138
4.4.2 死區(qū)時間定義及其影響分析 141
4.4.3 Buck變換器一周期工作過程分析 142
4.4.4 橋臂電路串擾機理分析 150
4.5 寬禁帶電力電子器件在橋臂電路中的續(xù)流工作模式 155
4.5.1 SiC MOSFET橋臂續(xù)流方式 156
4.5.2 寬禁帶電力電子器件的第三象限特性 158
4.6 本章小結 163
思考題和習題 163
第5章 寬禁帶電力電子器件驅(qū)動電路原理與設計 164
5.1 寬禁帶電力電子器件的驅(qū)動電路設計挑戰(zhàn)與要求 164
5.1.1 SiC MOSFET的開關過程及對驅(qū)動電路的要求 165
5.1.2 其他寬禁帶器件對驅(qū)動電路的要求 174
5.2 SiC器件的驅(qū)動電路原理與設計 175
5.2.1 SiC MOSFET的驅(qū)動電路原理與設計 175
5.2.2 SiC JFET的驅(qū)動電路原理與設計 181
5.2.3 SiC BJT的驅(qū)動電路原理與設計 187
5.3 GaN器件的驅(qū)動電路原理與設計 195
5.3.1 Cascode GaN HEMT的驅(qū)動電路原理與設計 195
5.3.2 eGaN HEMT的驅(qū)動電路原理與設計 202
5.3.3 GaN GIT的驅(qū)動電路原理與設計 204
5.4 寬禁帶電力電子器件的短路保護 209
5.4.1 寬禁帶電力電子器件短路保護要求 209
5.4.2 短路檢測方法 210
5.4.3 SiC模塊驅(qū)動保護方法 211
5.5 高溫驅(qū)動技術 214
5.5.1 分立元件高溫驅(qū)動技術 214
5.5.2 SOI高溫驅(qū)動技術 216
5.5.3 全SiC高溫驅(qū)動技術 218
5.6 集成驅(qū)動技術 219
5.7 本章小結 221
思考題和習題 221
第6章 寬禁帶電力電子器件的特性測試與應用挑戰(zhàn) 223
6.1 寬禁帶器件的特性測試 223
6.1.1 靜態(tài)特性測試方法 223
6.1.2 開關特性測試方法 225
6.1.3 寬禁帶器件特性測試挑戰(zhàn) 229
6.2 寬禁帶器件應用分析 235
6.3 寬禁帶器件高速開關限制因素 241
6.3.1 寄生電感的影響 242
6.3.2 寄生電容的影響 245
6.3.3 驅(qū)動電路驅(qū)動能力的影響 251
6.3.4 長電纜電壓反射問題 253
6.3.5 電磁兼容問題 254
6.3.6 高壓局放問題 255
6.4 封裝設計挑戰(zhàn) 256
6.5 散熱設計挑戰(zhàn) 258
6.6 高溫變換器設計挑戰(zhàn) 261
6.7 多目標優(yōu)化設計 264
6.7.1 變換器現(xiàn)有設計方法存在的不足 265
6.7.2 寬禁帶變換器參數(shù)優(yōu)化設計思路 266
6.8 本章小結 269
思考題和習題 270
參考文獻 271