寬禁帶功率半導體器件特性測試

［美］王飛（Fred Wang）［美］張哲字（Zheyu Zhang） ［美］愛德華·A. 瓊斯（Edward A. Jones）

寬禁帶功率半導體器件特性測試

商品描述

現代電力電子變換器的核心在於功率半導體開關器件。以碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表的寬禁帶功率半導體器件的出現，有望使采用這些新型器件的電力電子變換器比采用傳統矽基器件實現更高的效率、更小的體積、更小的質量及更低的成本。然而，寬禁帶功率半導體器件也為變換器設計帶來了新的挑戰，由於其更快的開關速度和對保護電路更嚴格的要求，需要進行更詳細的特性測試。 本書通過實例，全面介紹了寬禁帶功率半導體器件的特性測試方法。在引言之後，該書涵蓋了以下內容：脈沖靜態特性測試、結電容特性測試、動態特性測試的基本原理、動態特性測試柵極驅動單元設計、布局設計及寄生參數優化、雙脈沖測試保護設計、動態特性的測量與數據處理、串擾分析與抑制、三相系統的影響，以及拓撲設計註意事項。 本書適合高校電氣工程、電子科學與技術、微電子科學與工程等專業的師生作為專業參考書，同時也可供從事功率半導體器件測試的工程技術人員，以及新能源、電力電子等領域的應用工程師參考使用。

作者簡介

王飛（Fred Wang）教授是美國田納西大學諾克斯維爾分校電氣工程與計算機科學系教授、康德拉電力電子傑出講席教授，以及美國國家科學基金會-能源部（NSF-DOE）超廣域彈性電能傳輸網絡研究中心（CURENT）的技術總監，兼任橡樹嶺國家實驗室教授。現已發表期刊和會議論文400餘篇，參與編著專著3部，擁有美國專利15項，曾獲得IEEE工業應用協會傑拉爾德·克萊曼創新獎、杜什曼獎（通用電氣公司對技術團隊貢獻的最高獎項）以及IEEE優秀論文獎7項、田納西大學教師研究成就獎3次等，IEEE會士和美國國家發明家科學院院士。研究方向主要包括基於寬禁帶功率半導體器件的電力電子技術，以及電力電子技術在交通運輸、電機驅動、可再生能源系統和電網中的應用等。

目錄大綱

譯者序
作者簡介
致謝
第1章 引言
1.1 寬禁帶功率半導體器件概覽
1.1.1 寬禁帶功率半導體器件與矽功率半導體器件對比
1.1.2 寬禁帶功率半導體器件現狀
1.2 寬禁帶功率半導體器件特性測試目標
1.3 本書簡介
參考文獻
第2章 脈沖靜態特性測試
2.1 脈沖I-V特性測試的基本原理
2.2 測試設備描述
2.3 測試夾具的選擇/設計
2.4 結溫控制
2.5 低溫設備測試
2.6 脈沖波形時序
2.7 輸出特性（Id-Vds）
2.8 轉移特性（Id-Vgs）
2.9 柵極電流特性(Ig,ss-Vgs)
2.10 漏極-源極漏電流特性(Id,off-Vds)
2.11 總結
參考文獻
第3章 結電容特性測試
3.1 C-V測試基本原理
3.2 測試設備介紹
3.3 測試夾具的選擇/設計與校準
3.4 輸出電容（Coss）特性
3.5 輸入電容（Ciss）特性
3.6 反向傳輸電容(Crss)特性
3.7 柵極電荷（Qg）特性
3.8 輸出電容Coss開關過程能量計算
3.9 總結
參考文獻
第4章 動態特性測試的基本原理
4.1 開關換流分析
4.2 雙脈沖測試(DPT)基本原理
4.3 DPT設計
4.3.1 負載電感
4.3.2 直流電源
4.3.3 直流母線電容
4.3.4 泄放電阻
4.4 DPT控制
4.5 測試示例
4.5.1 負載電感
4.5.2 直流電源
4.5.3 直流電容器組
4.5.4 泄放電阻
4.5.5 DPT控制
4.6 總結
參考文獻
第5章 動態特性測試柵極驅動單元設計
5.1 柵極驅動基礎
5.2 柵極驅動關鍵器件特性
5.2.1 考慮器件靜態特性的柵極驅動設計
5.2.2 考慮器件動態特性的柵極驅動設計
5.3 柵極驅動設計
5.3.1 信號隔離器
5.3.2 隔離供電電源
5.3.3 柵極驅動芯片
5.3.4 柵極驅動電阻
5.3.5 去耦電容
5.4 設計示例
5.4.1 信號隔離器
5.4.2 隔離供電電源
5.4.3 柵極驅動芯片
5.4.4 柵極驅動電阻
5.4.5 去耦電容
5.5 總結
參考文獻
第6章 布局設計及寄生參數優化
6.1 寄生參數對開關性能的影響
6.1.1 柵極驅動回路寄生參數
6.1.2 功率回路寄生參數
6.1.3 共用回路寄生參數
6.2 雙脈沖測試PCB布局設計
6.3 設計實例分析
6.3.1 寬禁帶功率半導體器件封裝概述
6.3.2 設計實例一：TO-247封裝的SiC MOSFET
6.3.3 設計實例二：表面貼裝寬禁帶功率半導體器件
6.3.4 雙脈沖測試中的電流測量方法
6.3.5 柵極驅動
6.4 總結
參考文獻
第7章 雙脈沖測試保護設計
7.1 寬禁帶功率半導體器件的最新保護方案概述
7.2 固態斷路器
7.2.1 工作原理
7.2.2 電路實現和設計考慮
7.2.3 測試方案和程序
7.2.4 案例研究
7.3 高壓寬禁帶功率半導體器件雙脈沖測試的註意事項
7.3.1 安全註意事項
7.3.2 保護措施
7.4 總結
參考文獻
第8章 動態特性的測量與數據處理
8.1 動態特性測試的關鍵因素和挑戰
8.2 示波器的選型和設置
8.3 電壓探頭的選型和設置
8.4 電流傳感器的選型和設置
8.5 測量的時間對齊（時延校正）
8.6 考慮共模（CM）振鈴
8.7 動態特性測試數據處理的目標
8.8 開關瞬態子區間的識別
8.9 用於時延校正調整的電流-電壓（I-V）錯位計算
8.10 開關損耗的計算
8.11 考慮振鈴和直流偏置
8.12 開關損耗計算的替代方法
8.13 過沖電壓與變化率的計算
8.14 利用靜態與動態特性測試結果估算內部波形
8.15 總結
參考文獻
第9章 串擾分析與抑制
9.1 串擾產生的機理
9.2 串擾抑制方法
9.2.1 無源抑制方法
9.2.2 有源抑制方法
9.2.3 串擾抑制方法小結
9.3 串擾相關開關特性測試方法
9.3.1 測試示例：GaN HEMT無源抑制方法
9.3.2 測試示例：SiC MOSFET有源柵極驅動抑制方法
9.4 總結
參考文獻
第10章 三相系統的影響
10.1 實際三相系統中的影響因素和限制
10.1.1 感性負載寄生參數
10.1.2 不同相位橋臂開關管之間的相互影響
10.1.3 散熱器耦合效應
10.1.4 實驗驗證
10.2 動態特性測試及實際應用考量
10.2.1 感性負載的高頻建模
10.2.2 抑制感性負載負面效應的基本原理
10.2.3 輔助濾波器的設計標準
10.2.4 實驗驗證
10.3 測試示例：雙脈沖測試結果與實際系統開關特性對比
10.3.1 DPT板與三相電壓源變換器開關特性對比
10.3.2 橋臂互擾效應與散熱器耦合對開關特性的影響
10.3.3 雙脈沖測試與實際變流器開關特性的準確性驗證
10.4 總結
參考文獻
第11章 拓撲設計註意事項
11.1 電流源變換器
11.1.1 開關換流分析
11.1.2 開關換流回路與傳統DPT的對比分析
11.1.3 非工作開關管的影響
11.2 三電平有

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