先进功率整流器原理、特性和应用

随着高性能功率开关器件（功率MOSFET和IGBT）的出现，功率整流器的性能成为限制功率电路性能的决定性因素。本书从减少电路功耗的角度，提出了先进的功率整流器理念。

本书采用由浅入深的方式，从传统功率整流器存在的问题入手，提出了JBS、TSBS、TMBS、MPS和SSD等5种先进的功率整流器的结构，并对工作机制和应用特性进行了论述。书中既有理论模型，又有示例分析，并辅以数值模拟验证，配有大量图表。本书既适合功率半导体器件领域相关专业研究生和本科生使用，也是专业极具参考价值的指导性书籍。

作者简介
Baliga教授是国际上公认的功率半导体器件领域的领军人物，他还是肖特基与PN结混合理论的创始人，创造出了新一族功率整流器，被选为IEEE院士和美国国家工程院院士。

目　　录
译者序
原书前言
第1章绪论1
11理想功率开关波形1
12理想和典型功率整流器的特性2
13单极型功率整流器3
14双极型功率整流器6
15典型功率整流器应用7
151直流－直流降压变换器7
152变频电动机驱动8
16总结9
参考文献9
第2章肖特基整流器11
21功率肖特基整流器的结构11
22正向导通12
23反向阻断16
231肖特基势垒降低17
232击穿前雪崩倍增18
233碳化硅肖特基整流器19
24总结20
参考文献21
第3章结势垒控制肖特基整流器22
31结势垒控制肖特基（JBS）整流器的结构22
32正向导通模型24
321硅JBS整流器：正向导通模型A24
322硅JBS整流器：正向导通模型B26
323硅JBS整流器：正向导通模型C27
324硅JBS整流器：示例29
325碳化硅JBS整流器：正向导通模型34
33JBS整流器结构：反向漏电流模型38
331硅JBS整流器：反向漏电流模型38
332碳化硅JBS整流器：反向漏电流模型47
34折中曲线57
35总结59
参考文献59
第4章沟槽肖特基势垒控制肖特基整流器61
41沟槽肖特基势垒控制肖特基（TSBS）整流器的结构61
42正向导通模型63
421硅TSBS整流器：示例65
422碳化硅TSBS整流器：示例71
43TSBS整流器结构：反向漏电流模型75
431硅TSBS整流器：反向漏电流模型75
432碳化硅TSBS整流器：反向漏电流模型83
44折中曲线91
45总结93
参考文献94
第5章沟槽MOS势垒控制肖特基整流器95
51沟槽MOS势垒控制肖特基（TMBS）整流器结构95
52正向导通模型98
521硅TMBS整流器：示例100
522碳化硅TMBS整流器：示例104
53TMBS整流器结构：反向漏电流模型107
531硅TMBS整流器：反向漏电流模型107
532碳化硅TMBS整流器：反向漏电流模型118
54折中曲线121
55总结122
参考文献123
第6章P-i-N整流器124
61一维结构124
611大注入电流125
612端区的反注入131
613正向导通特性133
62碳化硅P-i-N整流器136
63反向阻断138
64开关特性140
65P-i-N整流器的折中曲线156
66总结157
参考文献158
第7章MPS整流器159
71器件物理160
711低正向偏压条件161
712大注入状态163
713通态压降166
714正向导通特性171
715N端区的反注入172
72碳化硅MPS整流器186
73反向阻断200
731硅MPS整流器：反向漏电流模型200
732碳化硅MPS整流器：反向漏电流模型206
74开关特性212
741存储电荷212
742反向恢复213
743碳化硅MPS整流器：反向恢复225
75MPS整流器折中曲线231
76总结232
参考文献233
第8章SSD整流器234
81器件物理234
811大注入条件236
812通态压降239
813正向导通特性242
814N端区的反注入243
82反向阻断251
83开关特性259
831存储电荷259
832反向恢复260
84SSD整流器折中曲线265
85碳化硅SSD整流器265
86总结267
参考文献268
第9章应用综述269
91直流-直流降压变换器应用270
92典型电动机控制的应用272
93总结280
参考文献281
作者简介282

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前　　言
目前全球半导体产业已经超过2000亿美元，其中大约10%来自于功率半导体器件和智能功率集成电路。功率半导体器件是所有电力电子系统的关键部件。估计全世界至少50%的用电量是由功率半导体器件控制的，其广泛应用于家用电子产品、工业、医药和运输行业中。功率半导体器件对经济的发展起着重要的作用，因为它们决定了系统的成本和效率。自20世纪50年代固态器件代替了原有的真空管以来，以硅为基础材料的功率半导体器件就起着重要的作用，这些发展已经被称为第二次电子革命。
在20世纪50年代，人们首先研发了双极型晶体管和晶闸管等双极型功率器件。与真空管相比，半导体器件具有很多优点，所以对这些功率器件功率等级的要求不断提高。随着对工作机理理解的深入，更大直径和更高电阻率单晶片生产能力的提高及更先进的光刻技术引入，器件功率等级和开关频率不断提高。在未来20年，这些双极型器件的生产技术将更加成熟。20世纪70年代，双极型功率晶体管的电流处理能力已达到数百安培，阻断电压超过500V。更显著的成绩是，耐压等级超过5kV、直径为4in的晶闸管生产技术的开发。
高压硅功率MOSFET的大通态压降和硅功率双极型晶体管的大驱动电流促进了绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的研发。第一只商业化的IGBT诞生于20世纪80年代，逐渐成为民用、工业、运输、军事，甚至医药等中等功率电子系统中的主要器件。

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