脈沖功率器件及其應(yīng)用（第2版）

電力電子新技術(shù)系列圖書(shū)序言
第2版前言
第1版前言
第1章概論1
1.1脈沖功率技術(shù)的產(chǎn)生背景及應(yīng)用1
1.2脈沖功率系統(tǒng)簡(jiǎn)介2
1.2.1脈沖功率技術(shù)2
1.2.2脈沖功率系統(tǒng)的組成與分類4
1.3常用的傳統(tǒng)脈沖功率開(kāi)關(guān)6
1.3.1觸發(fā)真空開(kāi)關(guān)6
1.3.2偽火花開(kāi)關(guān)7
1.3.3斷路開(kāi)關(guān)7
1.4半導(dǎo)體器件在脈沖功率技術(shù)中的應(yīng)用10
參考文獻(xiàn)13
第2章電流控制型脈沖功率器件14
2.1門(mén)極關(guān)斷(GTO)晶閘管14
2.1.1GTO的發(fā)展14
2.1.2GTO的結(jié)構(gòu)14
2.1.3GTO的工作原理15
2.1.4GTO的特性優(yōu)化20
2.1.5GTO的驅(qū)動(dòng)電路和吸收電路22
2.1.6GTO的功耗23
2.1.7SiC GTO25
2.1.7.1浮空?qǐng)霏h(huán)SiC GTO26
2.1.7.2多區(qū)域JTE終端SiC GTO28
2.1.7.3負(fù)斜角終端SiC GTO30
2.1.7.4電場(chǎng)阻斷緩沖層SiC GTO31
2.1.7.5采用MW-PCD法的對(duì)稱SiC GTO36
2.1.7.6SiC GTO的并聯(lián)運(yùn)行37
2.1.8GTO的可靠性40
2.1.8.1單脈沖工況40
2.1.8.2重復(fù)頻率脈沖工況41
2.1.8.3寬脈沖工況43
2.1.8.4窄脈沖工況44
2.2門(mén)極換流晶閘管(GCT)和集成門(mén)極換流晶閘管(IGCT)49
2.2.1GCT的發(fā)展49
2.2.2GCT的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)50
2.2.3IGCT的工作原理和開(kāi)關(guān)波形54
2.2.4IGCT的驅(qū)動(dòng)電路和開(kāi)關(guān)特性55
2.2.5IGCT的特性改進(jìn)58
2.2.6IGCT在直流斷路器中的應(yīng)用59
2.3非對(duì)稱晶閘管66
2.3.1非對(duì)稱晶閘管概述66
2.3.2非對(duì)稱晶閘管的斷態(tài)電壓67
2.3.3非對(duì)稱晶閘管的最小長(zhǎng)基區(qū)寬度WN(min)69
2.4脈沖晶閘管71
2.5激光晶閘管76
2.6碳化硅晶閘管77
2.7電流控制型器件在脈沖功率系統(tǒng)中的應(yīng)用79
參考文獻(xiàn)80
第3章電壓控制型脈沖功率器件86
3.1功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Power MOSFET)86
3.1.1功率MOSFET的基本原理及分類86
3.1.2功率MOSFET的基本結(jié)構(gòu)87
3.1.3功率MOSFET的特性和主要電學(xué)參數(shù)90
3.1.4新型結(jié)構(gòu)的功率MOSFET——“超結(jié)”93
3.1.5功率MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)95
3.1.6功率MOSFET在脈沖功率系統(tǒng)中的應(yīng)用97
3.1.6.1功率MOSFET在高壓脈沖調(diào)制器中的應(yīng)用97
3.1.6.2功率MOSFET在兆赫茲脈沖功率發(fā)生器中的應(yīng)用98
3.1.6.3利用MOSFET的高電壓固態(tài)加法脈沖發(fā)生器的模擬幅度調(diào)制100
3.1.6.4為細(xì)菌轉(zhuǎn)化提供的基于MOSFET的脈沖電源104
3.1.6.5與脈沖變壓器串聯(lián)的由功率MOSFET轉(zhuǎn)換的20kV/500A/100ns脈沖發(fā)生器107
3.1.6.6基于MOSFET的簡(jiǎn)單高電壓納秒級(jí)脈沖電路109
3.1.7功率MOSFET的封裝115
3.1.8SiC MOSFET的可靠性116
3.1.8.1過(guò)電流重復(fù)頻率脈沖工況116
3.1.8.2窄脈沖工況119
3.1.8.3單脈沖雪崩工況120
3.1.9SiC MOSFET在脈沖功率系統(tǒng)中的應(yīng)用122
3.1.9.1基于SiC MOSFET的Marx發(fā)生器122
3.1.9.2SiC MOSFET和Si MOSFET特性對(duì)比125
3.1.9.3SiC MOSFET在高重頻脈沖電路的應(yīng)用129
3.2絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)135
3.2.1概述135
3.2.2IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理136
3.2.3IGBT的基本特性137
3.2.4IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)和保護(hù)145
3.2.5五代IGBT及第五代IGBT的3種新技術(shù)151
3.2.6IGBT的發(fā)展162
3.2.7IGBT在脈沖功率系統(tǒng)中的應(yīng)用164
3.2.7.1改進(jìn)的Marx發(fā)生器164
3.2.7.2串聯(lián)諧振充電電源169
3.2.7.3IGBT在脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)源中的應(yīng)用172
3.2.7.4IGBT的串聯(lián)172
3.2.7.5基于IGBT的高壓脈沖電場(chǎng)發(fā)生器在雞肉中有效提高水的擴(kuò)散率176
3.2.7.6基于IGBT的脈沖電場(chǎng)消毒發(fā)生器177
3.2.8IGBT的封裝技術(shù)178
3.2.9IGBT的可靠性182
3.2.10SiC IGBT183
3.2.10.1SiC IGBT的制備183
3.2.10.2SiC IGBT關(guān)鍵技術(shù)186
3.2.10.3SiC IGBT在脈沖功率領(lǐng)域的應(yīng)用189
3.3靜電感應(yīng)晶閘管(SITH)199
3.3.1SITH的基礎(chǔ)理論知識(shí)200
3.3.1.1器件結(jié)構(gòu)200
3.3.1.2基本工作原理202
3.3.2靜態(tài)特性202
3.3.2.1正向?qū)ㄌ匦?02
3.3.2.2正向阻斷特性203
3.3.2.3電壓增益204
3.3.3動(dòng)態(tài)特性205
3.3.3.1導(dǎo)通時(shí)間ton和關(guān)斷時(shí)間toff205
3.3.3.2du/dt207
3.3.3.3di/dt209
3.3.4驅(qū)動(dòng)電路和損耗210
3.3.4.1驅(qū)動(dòng)電路210
3.3.4.2損耗213
3.3.5SITH在脈沖功率系統(tǒng)中的應(yīng)用214
3.3.5.1變壓變頻逆變器 215
3.3.5.2高質(zhì)量電源裝置 216
3.3.5.3脈沖功率發(fā)生器217
3.3.5.4速調(diào)管調(diào)制器220
3.3.6SITH的封裝222
參考文獻(xiàn)222
第4章新型半導(dǎo)體脈沖功率器件229
4.1反向開(kāi)關(guān)晶體管(RSD)230
4.1.1國(guó)內(nèi)外研究概況230
4.1.2RSD的工作機(jī)理232
4.1.2.1借助可控等離子層換流原理232
4.1.2.2RSD的結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理234
4.1.3RSD的換流特性240
4.1.3.1RSD導(dǎo)通與大電流特性240
4.1.3.2RSD的功率損耗特性243
4.1.3.3RSD的關(guān)斷特性247
4.1.3.4RSD的時(shí)間抖動(dòng)特性253
4.1.4RSD的結(jié)構(gòu)優(yōu)化254
4.1.4.1薄發(fā)射極改善RSD導(dǎo)通特性255
4.1.4.2“薄基區(qū)-緩沖層-透明陽(yáng)極”結(jié)構(gòu)探索259
4.1.5RSD的關(guān)鍵工藝264
4.1.5.1基本工藝方案264
4.1.5.2陽(yáng)極多元胞結(jié)構(gòu)264
4.1.5.3陰極短路點(diǎn)的設(shè)計(jì)265
4.1.5.4新工藝技術(shù)研究268
4.1.5.5部分芯片測(cè)試記錄272
4.1.6基于RSD的脈沖發(fā)生電路273
4.1.6.1基于RSD的脈沖放電系統(tǒng)主回路273
4.1.6.2120kA大功率脈沖發(fā)生電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)276
4.1.6.3RSD在重復(fù)頻率脈沖工況下的應(yīng)用281
4.1.6.4大功率RSD多單元并聯(lián)技術(shù)283
4.1.6.5高速長(zhǎng)壽命化RSD芯片的級(jí)聯(lián)289
4.1.6.6基于RSD的微秒級(jí)脈沖發(fā)生器289
4.1.7SiC RSD293
4.1.7.1SiC RSD介紹293
4.1.7.2SiC RSD關(guān)鍵工藝295
4.1.7.3SiC RSD器件特性297
4.1.8Si RSD與SiC RSD對(duì)比300
4.1.9RSD的封裝302
4.1.10RSD的可靠性304
4.2半導(dǎo)體斷路開(kāi)關(guān)(SOS)305
4.2.1SOS效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)305
4.2.2SOS模式的物理基礎(chǔ)306
4.2.2.1SOS的基本工作原理306
4.2.2.2SOS效應(yīng)模式下的電子—空穴動(dòng)力學(xué)309
4.2.3SOS二極管的特性及主要參數(shù)312
4.2.4基于SOS二極管的脈沖發(fā)生器317
4.2.4.1基于SOS的Marx發(fā)生器317
4.2.4.2基于SOS的納秒重復(fù)脈沖發(fā)生器321
4.2.4.3SOS脈沖發(fā)生器特性優(yōu)化325
4.2.4.4SOS脈沖發(fā)生器實(shí)際應(yīng)用329
4.2.5SOS的封裝332
4.3漂移階躍恢復(fù)二極管(DSRD)332
4.3.1DSRD工作原理333
4.3.1.1DSRD結(jié)構(gòu)及電路原理333
4.3.1.2DSRD的超快速恢復(fù)原理334
4.3.1.3高壓下DSRD的電流電壓特性336
4.3.1.4DSRD在動(dòng)態(tài)電路中的特性336
4.3.1.5基于DSRD的高壓脈沖實(shí)現(xiàn)340
4.3.2薄DSRD的結(jié)構(gòu)及新材料的應(yīng)用342
4.3.3DSRD的應(yīng)用344
4.3.3.1電光開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)控制344
4.3.3.2脈沖發(fā)生器344
4.3.4SiC DSRD器件345
4.3.4.1SiC DSRD基本結(jié)構(gòu)346
4.3.4.2SiC DSRD動(dòng)態(tài)特性349
4.3.4.3SiC DSRD結(jié)構(gòu)優(yōu)化354
4.3.5DSRD模式與SOS模式對(duì)比355
4.3.6DSRD的封裝356
4.4光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)(PCSS)358
4.4.1PCSS的基本結(jié)構(gòu)與工作原理358
4.4.1.1器件結(jié)構(gòu)358
4.4.1.2工作原理360
4.4.2PCSS的工作模式361
4.4.2.1線性工作模式361
4.4.2.2非線性工作模式363
4.4.2.3兩種工作模式比較365
4.4.3PCSS中的衰減振蕩365
4.4.4PCSS的擊穿特性與壽命366
4.4.5PCSS的性能改進(jìn)367
4.4.6PCSS的應(yīng)用367
4.4.7寬禁帶材料的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)368
4.4.7.1SiC PCSS368
4.4.7.2GaN PCSS372
4.4.8PCSS的封裝373
4.4.9PCSS的可靠性376
4.5快速離化晶體管(FID)377
4.5.1FID器件及其工作原理377
4.5.1.1FID器件結(jié)構(gòu)與工作原理377
4.5.1.2FID典型工作電路378
4.5.2延遲雪崩擊穿現(xiàn)象379
4.5.2.1延遲雪崩擊穿現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)379
4.5.2.2延遲雪崩擊穿現(xiàn)象的應(yīng)用380
4.5.2.3延遲雪崩擊穿現(xiàn)象的物理基礎(chǔ)382
4.5.3FID器件的優(yōu)化改進(jìn)386
4.5.3.1DLD器件387
4.5.3.2SID器件387
4.5.4基于FID器件的脈沖發(fā)生裝置及應(yīng)用388
參考文獻(xiàn)392
第5章脈沖功率應(yīng)用技術(shù)404
5.1磁脈沖壓縮(MPC)技術(shù)404
5.1.1磁開(kāi)關(guān)404
5.1.2磁脈沖壓縮原理404
5.1.3磁脈沖壓縮電路407
5.1.4磁開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)409
5.2高電壓、大電流脈沖測(cè)量416
5.2.1大電流脈沖測(cè)量417
5.2.1.1分流器417
5.2.1.2羅氏線圈法419
5.2.1.3磁光式電流傳感器423
5.2.2脈沖高壓測(cè)量425
5.2.2.1電阻分壓器426
5.2.2.2電容分壓器428
5.2.2.3阻容分壓器430
5.2.2.4微分積分測(cè)量系統(tǒng)431
5.3脈沖功率技術(shù)應(yīng)用432
5.3.1脫硫脫硝處理432
5.3.1.1引言432
5.3.1.2實(shí)驗(yàn)裝置432
5.3.1.3對(duì)同時(shí)脫硝脫硫處理的評(píng)價(jià)434
5.3.2氣體激光器435
5.3.2.1TEA CO2激光器435
5.3.2.2受激準(zhǔn)分子激光器435
5.3.2.3其他脈沖放電激勵(lì)氣體激光器437
5.3.3X射線光源437
5.3.3.1X射線的種類和應(yīng)用437
5.3.3.2Z箍縮放電型軟X射線源437
5.3.3.3光刻用的激光等離子X(jué)射線源438
5.3.3.4激光等離子X(jué)射線源用作X射線顯微鏡440
5.3.4紫外線光源440
5.3.4.1引言440
5.3.4.2表面放電型紫外線光源440
5.3.4.3箍縮型紫外線光源441
5.3.4.4其他脈沖紫外線光源441
5.3.5產(chǎn)生臭氧441
5.3.5.1引言441
5.3.5.2電暈放電的特征442
5.3.5.3電暈放電法的研究現(xiàn)狀442
5.3.6工業(yè)廢棄物處理443
5.3.6.1引言443
5.3.6.2放射性污染物質(zhì)的處理443
5.3.6.3脈沖功率系統(tǒng)444
5.3.7二英處理445
5.3.8微生物殺菌446
5.3.8.1引言446
5.3.8.2脈沖電場(chǎng)對(duì)微生物的影響446
5.3.8.3脈沖電場(chǎng)殺菌的研究447
5.3.8.4殺菌效果和機(jī)理的相關(guān)討論449
5.3.9水處理450
5.3.9.1引言450
5.3.9.2水中放電現(xiàn)象450
5.3.9.3水處理的應(yīng)用450
5.3.9.4小結(jié)453
5.3.10巖石粉碎453
5.3.10.1引言453
5.3.10.2巖石內(nèi)部的放電現(xiàn)象454
5.3.10.3破壞的特點(diǎn)454
5.3.11廢棄混凝土的循環(huán)利用454
5.3.11.1引言454
5.3.11.2利用高壓脈沖進(jìn)行破碎分離實(shí)驗(yàn)454
5.3.12電磁加速455
5.3.12.1引言455
5.3.12.2電磁加速方法456
5.3.12.3電磁加速的研究和應(yīng)用456
5.3.12.4電磁加速的研究現(xiàn)狀457
5.3.13慣性核聚變457
5.3.13.1引言457
5.3.13.2關(guān)于慣性核聚變458
5.3.13.3放射線控制458
5.3.13.4Z箍縮實(shí)驗(yàn)458
5.3.13.5被照射目標(biāo)設(shè)計(jì)459
5.3.14產(chǎn)生微波460
5.3.14.1引言460
5.3.14.2遲波電子回旋加速微波激射器和零磁場(chǎng)后進(jìn)波振蕩器的實(shí)驗(yàn)460
5.3.14.3小結(jié)461
5.3.15新材料的開(kāi)發(fā)461
5.3.16離子注入462
5.3.16.1引言462
5.3.16.2金屬離子注入原理462
5.3.16.3金屬離子注入的特征462
5.3.16.4裝置組成462
5.3.16.5電源464
5.3.17NO的生成464
5.3.17.1引言464
5.3.17.2醫(yī)療中NO的吸入療法464
5.3.17.3實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法465
5.3.17.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果465
5.3.18金屬涂層塑料處理466
5.3.18.1引言466
5.3.18.2實(shí)驗(yàn)裝置466
5.3.18.3結(jié)果分析467
5.3.19生物與醫(yī)學(xué)467
5.3.19.1引言467
5.3.19.2基因表達(dá)468
5.3.19.3細(xì)胞特性468
5.3.19.4折疊蛋白反應(yīng)470
5.3.20電磁脈沖成形471
5.3.20.1引言471
5.3.20.2基本原理472
5.3.20.3效果分析473
5.3.20.4今后的研究方向475
5.3.21電磁脈沖焊接476
5.3.21.1引言476
5.3.21.2實(shí)驗(yàn)裝置476
5.3.21.3效果分析477
5.3.21.4今后研究方向478
5.3.22電磁軌道炮478
5.3.22.1引言478
5.3.22.2裝置原理479
5.3.22.3發(fā)展趨勢(shì)479
5.3.23電磁推射480
5.3.23.1引言480
5.3.23.2主要類別481
5.3.23.3發(fā)展趨勢(shì)481
5.3.24電磁彈射481
5.3.24.1引言481
5.3.24.2構(gòu)成與原理482
5.3.24.3優(yōu)勢(shì)482
5.3.24.4發(fā)展趨勢(shì)483
5.3.24.5推廣應(yīng)用483
參考文獻(xiàn)483