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第1章 认识IGBT1

1.1 我们为何需要IGBT1

1.1.1 功率电子与功率开关1

1.1.2 功率半导体器件3

1.1.3 IGBT的优势6

1.2 IGBT是什么11

1.2.1 IGBT的结构11

1.2.2 IGBT的等效电路13

1.2.3 闩锁15

1.2.4 拖尾电流15

1.3 IGBT芯片的主流技术16

1.3.1 PT与NPT16

1.3.2 平面栅与沟槽栅17

1.3.3 第5代IGBT芯片技术种种18

1.4 IGBT中的另类21

1.4.1 RC-IGBT21

1.4.2 RB-IGBT21

1.4.3 BiMOSFET23

1.4.4 IEGT23

1.5 IGBT模块25

1.5.1 模块，主要是芯片的组装方式不同25

1.5.2 IPM与PIM27

1.5.3 MCM28

1.5.4 板级封装29

1.6 IGBT的发展近况31

1.6.1 高电压规格的SiC晶体管与IGBT31

1.6.2 平面栅与沟槽栅32

1.6.3 DLB33

1.6.4 专用化34

1.6.5 高速化35

第2章 实践入门37

2.1 认识电路中的IGBT37

2.1.1 辨认IGBT的引脚很容易37

2.1.2 电路原理图中的IGBT38

2.2 IGBT引脚的判别39

2.2.1 判别栅极39

2.2.2 判别集电极与发射极40

2.3 IGBT好坏的简单判别40

2.3.1 用万用表简单判别40

2.3.2 用晶体管直流参数测试表判别41

2.4 花10元钱做个简单的IGBT实验42

2.4.1 基于TRIAC的吊扇调速器42

2.4.2 简单的IGBT调速实验45

2.5 为避免在电路试验中炸管准备的一些简单工具47

2.5.1 用接触式调压器构建实验电源47

2.5.2 为驱动电路和控制电路准备单独的直流电源48

2.5.3 电炉丝——方便易用的假负载与小阻值的大功率电阻50

第3章 IGBT技术参数详解53

3.1 VCE、VCES、V(BR)CES53

3.1.1 VCES的定义54

3.1.2 一个粗略测试VCES的简单方法54

3.1.3 VCES的实际意义55

3.2 IC、ICM、ICP、ICL、ILM57

3.2.1 IC的定义57

3.2.2 降额因子57

3.2.3 ICM、ICP58

3.2.4 ICL、ILM60

3.2.5 IC、ICM的实用意义61

3.3 VCE（sat）、VCE（ON）62

3.4 PC、PD、PTOT64

3.5 Cies、Coes、Cres65

3.6 QG、QGE、QGC66

3.6.1 定义与曲线图66

3.6.2 栅电荷的实际意义69

3.7 ton、td（on）、tr、toff、td（off）、tf、（di/dt）on71

3.7.1 给定技术条件71

3.7.2 开关参数的定义72

3.8 Eon、Eoff、Ets73

3.9 RθJC、RθCS、RθJA、RθJCD、RθCA74

3.9.1 定义74

3.9.2 热欧姆定律75

3.10 TJ、TC、TA、TSTG、TL76

3.11 SOA、FBSOA、DCSOA、RBSOA、SCSOA、SSOA、ZθJC77

3.12 VGE、VGES82

3.13 Viso82

3.14 ICES83

3.15 IGES83

3.16 VGE(th)83

3.17 gfs84

3.18 LE84

3.19 EARV85

3.20 体二极管的技术参数85

第4章 基本电路89

4.1 基本电路形式89

4.1.1 单管电路89

4.1.2 半桥电路及死区时间90

4.1.3 全桥电路90

4.1.4 三相桥电路91

4.1.5 推挽电路91

4.2 IGBT模块的内部等效电路92

4.2.1 单管模块，1 in 1模块92

4.2.2 半桥模块，2 in 1模块93

4.2.3 全桥模块，4 in 1模块93

4.2.4 三相桥模块，6 in 1模块94

4.2.5 PIM模块，CBI模块，7 in 1模块94

4.2.6 双单向开关、单向开关、双开关95

4.2.7 Chopper，断路器，高边／低边断路器97

4.3 常见实际应用电路97

4.3.1 变频器的主电路97

4.3.2 UPS的主电路98

4.3.3 直流伺服电源的主电路100

4.3.4 开关磁阻电动机（SRD）驱动电路的主电路100

4.3.5 高频电焊机的主电路101

4.3.6 电磁炉的主电路101

4.3.7 AC-DC开关电源的主电路102

4.3.8 直流断路器的主电路109

4.4 栅极保护电路110

4.4.1 静电保护110

4.4.2 栅极保护电阻111

4.4.3 栅极钳位电路111

4.4.4 高速栅极钳位电路112

4.5 栅极驱动电路113

4.5.1 驱动条件对IGBT的影响113

4.5.2 死区时间114

4.5.3 栅极驱动的隔离114

4.5.4 栅极驱动的抗干扰问题117

4.6 突波吸收电路117

4.6.1 突波产生的原因117

4.6.2 抑制突波的方法118

4.6.3 常见突波吸收电路120

4.6.4 突波吸收电容122

4.6.5 突波吸收电路的损耗123

4.7 过流保护电路123

4.7.1 VCE（sat）检测方法124

4.7.2 电流检测127

4.7.3 电阻压降检测128

4.8 IGBT的并联128

4.8.1 直流母线（主电路）的供电129

4.8.2 驱动电路129

4.8.3 器件选择130

4.8.4 散热问题的考虑130

4.9 IGBT的串联131

4.9.1 静态、动态均压电路132

4.9.2 栅极的隔离驱动132

4.9.3 多电平变换电路135

第5章 简单设计141

5.1 IGBT模块的选型141

5.1.1 电压规格的选择141

5.1.2 电流规格的选择143

5.2 栅极电阻的选型144

5.3 集成型栅极驱动电路146

5.3.1 集成型栅极驱动电路的常见类型146

5.3.2 选用栅极驱动电路的一般原则148

5.3.3 HVIC栅极驱动IC选型参考149

5.3.4 光耦型栅极驱动IC选型参考154

5.3.5 光耦隔离型栅极驱动电路选型参考156

5.3.6 变压器隔离型栅极驱动电路选型参考160

5.3.7 通用型栅极驱动IC选型参考161

5.4 栅极驱动电路的简单选型163

5.4.1 制造商给出的推荐应用条件实例163

5.4.2 选型的简单验证计算164

5.5 突波吸收电容的选型165

5.6 IGBT的推荐工作频率165

第6章 范例电路167

6.1 380～500V市电输入的AC-DC开关电源167

6.1.1 技术规格与电路原理167

6.1.2 元器件参数的确定170

6.1.3 关键点的工作波形173

6.1.4 扩展与变通173

6.2 单级软开关有源HPF173

6.2.1 电路架构174

6.2.2 电路的主要参数174

6.2.3 电路原理176

6.2.4 主要元器件的技术规格178

6.2.5 实体电路及性能180

6.3 基于IGBT的后沿相位控制调光电路183

6.3.1 电路原理与架构184

6.3.2 di/dt和dv/dt的控制184

6.3.3 实用电路185

6.3.4 主要元器件的技术规格187

6.3.5 扩展与变通189

6.4 PWM调压电路190

6.4.1 电路原理190

6.4.2 各关键点的波形191

6.4.3 实用电路192

6.4.4 主要元器件的技术规格195

6.4.5 扩展与变通198

6.5 电磁炉电路199

6.5.1 电路架构199

6.5.2 实用电路200

6.5.3 主要元器件的技术规格203

6.5.4 电路实物206

6.5.5 工作波形206

6.5.6 PWM开关波形210

附录1 缩略语213

附录2 本书涉及的IGBT制造商（含驱动）217

附录3 IGBT的技术参数符号与中文释义223

附录4 常见IGBT单管封装227

参考文献231