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IGBT校準(zhǔn)案例 Part 1 仿真與測(cè)試的設(shè)置 對(duì)某型號(hào)的IGBT模型進(jìn)行校準(zhǔn)，其結(jié)構(gòu)如圖所示。

控制T3 IGBT導(dǎo)通時(shí)間，可以改變IGBT關(guān)斷時(shí)的電流[7]。圖2為富士IGBT單脈沖測(cè)試示意圖，選用的富士IGBT采用RB-IGBT。T3開(kāi)通時(shí)，母線電壓通過(guò)導(dǎo)通的T3施加于電感上，電感電流線性上升，如紅色實(shí)線所示。當(dāng)?shù)竭_(dá)某時(shí)刻，T3關(guān)斷，電感電流通過(guò)T1反并聯(lián)二極管D1續(xù)流，如紅色虛線所示。

最近有同學(xué)問(wèn)小編CST是否可以提取3D模型的局部寄生參數(shù)。其實(shí)CST官方公眾號(hào)里面寫了好幾篇關(guān)于寄生參數(shù)提取的文章。而且CST的library里面也有相關(guān)案例。正好小編最近也在擺弄IGBT的模型。那么小編今天就來(lái)舉個(gè)栗子，分享一個(gè)利用CST的提取IGBT的局部寄生參數(shù)。

首先建立仿真項(xiàng)目的時(shí)候如圖所示然后選擇Home-->simulation-->Partial RLC Solver導(dǎo)入IGBT模型。如圖所示。注意：如果要把IGBT模型的管腳也加入到寄生參數(shù)提取里面，那么管腳的材料不能用PEC，我這邊改成銅了。

、Domain-IGBT3_46_1_MATPOINT、Domain-IGBT4_47_1_MATPOINT、Domain-IGBT5_48_1_MATPOINT、Domain-IGBT6_49_1_MATPOINT； 圖3-7 分配計(jì)算域 ⑧ 雙擊 求解>流動(dòng)分析>計(jì)算域>Domain-FLUID-WATER，在計(jì)算域設(shè)置窗口中類型選擇

（3）建立加復(fù)制好三個(gè)模型，一個(gè)模型一個(gè)模型的建立端口。那么怎么去等間距的復(fù)制模型將它們排列到IGBT總成模塊上呢？這里需要用到CST的Tranform功能。復(fù)制模型都很簡(jiǎn)單，相信大家都會(huì)用。我們把第一個(gè)建立好的模型命名為U模塊，還需要復(fù)制兩個(gè)模型分別為V模塊和W模塊。第一步：設(shè)置定位點(diǎn)。IGBT總成模塊的機(jī)構(gòu)件包括結(jié)構(gòu)，散熱片，塑料支架等可以直接CAD導(dǎo)進(jìn)來(lái)的。

基于PCB板+IGBT模塊+散熱器總成精細(xì)化熱-固耦合仿真模型，精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)整機(jī)由于各層結(jié)構(gòu)CTE不同導(dǎo)致的“呼吸效應(yīng)”熱變形首先通過(guò)構(gòu)建PCB板+IGBT模塊+散熱器熱-固耦合模型，精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)因CTE差異導(dǎo)致的“呼吸效應(yīng)”熱變形，定位溫度循環(huán)動(dòng)載荷致Pin針焊層疲勞失效的原因；通過(guò)Creo參數(shù)化建模并與Ansys Workbench聯(lián)合，結(jié)合響應(yīng)面優(yōu)化Pin針結(jié)構(gòu)參數(shù)，尋優(yōu)時(shí)間縮至24h內(nèi)

圖1 控制器模型保留控制器的主要發(fā)熱器件為8個(gè)電容及3個(gè)IGBT，保留殼體及水冷板。將殼體外部的航空插頭、發(fā)熱不嚴(yán)重的電路板及控制器外殼的螺紋孔全部填補(bǔ)完整。將水冷板的殼體與水道使用布爾減的方法進(jìn)行分離，防止后期網(wǎng)格劃分時(shí)，將殼體和水道劃為整體，導(dǎo)致網(wǎng)格劃分不合適，計(jì)算失敗。模型降階情況如圖2所示。

如下圖所示，不對(duì)稱結(jié)構(gòu)雙面散熱IGBT功率模塊的三維模型和單面散熱IGBT功率模塊的三維模型。利用ANSYS有限元軟件和傳熱理論對(duì)不同結(jié)構(gòu)的IGBT功率模塊進(jìn)行了仿真分析，IGBT模塊在穩(wěn)態(tài)下運(yùn)行的溫度場(chǎng)分布如下圖所示。總體而言，IGBT模塊的內(nèi)部溫度分布不均勻，因?yàn)?em>IGBT模塊中材料的熱導(dǎo)率不同，并且受到熱耦合的影響，尤其是在芯片區(qū)域。

CAD模型導(dǎo)入通過(guò)Simdroid-EC導(dǎo)入接口，可以直接導(dǎo)入液冷流道和IGBT的.stp模型文件，無(wú)需打散，可完整還原導(dǎo)入體原貌。導(dǎo)入模型 2. 便捷多流體域劃分Simdroid-EC的多流體域仿真功能非常便捷。只需將智能元件流體標(biāo)記點(diǎn)放入流體域中，軟件即可自動(dòng)識(shí)別到連通的腔體，并形成流體域，無(wú)需繁復(fù)地用體積區(qū)域搭建流體區(qū)域。

工程上，一般選用強(qiáng)制風(fēng)冷循環(huán)為IGBT、整流橋以及勵(lì)磁線圈等主要發(fā)熱元件進(jìn)行降溫。2 電磁爐散熱仿真模型建立2.1 物理模型仿真以某型號(hào)電磁爐為樣機(jī)，樣機(jī)尺寸為長(zhǎng)度345 mm，寬度280 mm，高度52 mm。散熱片用于為電路板上的兩個(gè)大功率發(fā)熱元件降溫，分別為IGBT和整流橋。

IGBT應(yīng)用及封裝設(shè)計(jì)· IGBT特征化建模和開(kāi)關(guān)特性測(cè)試· IGBT寄生參數(shù)提取及系統(tǒng)性能分析· IGBT電磁性能分析和傳導(dǎo)路徑優(yōu)化· IGBT多物理場(chǎng)耦合特性分析· IGBT熱模型提取及系統(tǒng)性能分析· IGBT輻射干擾分析2. 驅(qū)動(dòng)/控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.

wx_fmt=jpeg&amp;from=appmsg"></p><p><strong>簡(jiǎn)化模型IGBT的溫度分布</strong></p><p><br></p><p><br></p><p><strong>?&nbsp;從IGBT的溫度對(duì)比看，全模型和簡(jiǎn)化模型的差別約在1%</strong></p><p><br></p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg

使用工具：Ansys Workbench, Ansys Mechanical最終成果 基于Ansys 軟件，采用子模型與生死單元技術(shù)，對(duì)IGBT器件在功率循環(huán)工況下進(jìn)行多物理場(chǎng)仿真，并通過(guò)相關(guān)理論評(píng)價(jià)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)可靠性。結(jié)果表明，基于能量的Darveaux模型進(jìn)行分析更加符合功率器件主端子結(jié)構(gòu)焊層的退化過(guò)程。

圖13 6 英寸 8500 V 高壓晶閘管模型和產(chǎn)品 隨著新能源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用和接入并網(wǎng)，以及柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展，行業(yè)對(duì)具有自主關(guān)斷能力的大功率半導(dǎo)體器件提出了迫切需求。

圖 4：連接不同 IGBT、二極管芯片和 DBC 的引線鍵合通過(guò)計(jì)算寄生電感和電阻值，我們可以使用等效一維電路圖來(lái)表示逆變器功率模塊，如圖 5 所示。 在這里，您會(huì)注意到我們已將每個(gè) H 橋部分中存在的三個(gè)并行電流路徑合并為一個(gè)。 因此，我們忽略了這些并聯(lián)電流路徑中連接不對(duì)稱所產(chǎn)生的影響。 IGBT 和二極管使用相同電壓等級(jí)的供應(yīng)商提供的 P-SPICE 電路模型進(jìn)行建模。

文獻(xiàn)[1]以理論分析結(jié)果驗(yàn)證了有限元模型的有效性，并基于有限元計(jì)算結(jié)果預(yù)測(cè)了絕緣柵雙極型晶體管( Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT) 功率模塊的疲勞壽命。文獻(xiàn)[2]討論了堆疊結(jié)構(gòu)各層的厚度對(duì)模塊可靠性的影響。文獻(xiàn)［3］分析了IGBT 功率模塊的熱應(yīng)力分布，并討論了焊料厚度、空洞率對(duì)模塊傳熱性能的影響。

采用SolidWorks2016版本的流體分析軟件FLOEFD對(duì)功率模塊IGBT進(jìn)行水冷散熱仿真案例，詳細(xì)介紹了軟件操作的步驟及過(guò)程，有助于入門學(xué)習(xí)及實(shí)際案例操作。附件包含案例操作PPT文件和模型的STP文件。部分文件內(nèi)容截圖如下：

圖4為控制器的冷卻系統(tǒng)散熱水道模型。 2控制器熱仿真與分析 本文設(shè)計(jì)的增程式二合一電機(jī)系統(tǒng)的額定功率為40kW，峰值功率為60kW，考核電容的溫升是額定工況下熱量累計(jì)的效果，而考核IGBT溫升則是在峰值工況下芯片的瞬時(shí)溫升最高。