[發明專利]一種不同工況下IGBT器件各物理層溫度監測仿真方法

在審

• 申請號: 202011530910.2
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112560318A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 潘政薇;劉旭光;董長城;駱健
• 申請（專利權）人: 南瑞聯研半導體有限責任公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/28;G06F30/367;G06F113/08;G06F119/14;G06F119/08
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

1.一種不同工況下IGBT器件各物理層溫度監測仿真方法，其特征在于：包括步驟：

通過三維制圖軟件，建立IGBT器件的3D熱仿真模型；

將IGBT器件的3D熱仿真模型導入ANSYS Icepak仿真軟件，對3D熱仿真模型進行瞬態CFD模擬計算；

將CFD模擬計算結果作為ANSYS Simplorer仿真軟件的輸入，在Simplorer中創建降階模型；

使用Simplorer建立IGBT動態封裝模型；

基于IGBT動態封裝模型在Simplorer中搭建單相PWM逆變電路拓撲模型，通過PWM控制所述拓撲模型，得到IGBT器件動態封裝模型的電壓和電流數據；將所述電壓和電流數據輸入降階模型，得到IGBT、二極管的結溫以及IGBT器件各物理層的溫度隨時間變化的曲線。

2.根據權利要求1所述的一種不同工況下IGBT器件各物理層溫度監測仿真方法，其特征是：所述三維制圖軟件為SolidWorks。

3.根據權利要求1所述的一種不同工況下IGBT器件各物理層溫度監測仿真方法，其特征是：所述通過三維制圖軟件，建立IGBT器件的3D熱仿真模型，包括：

根據IGBT器件封裝的內部各幾何結構層的尺寸，使用SolidWorks三維制圖軟件建立IGBT器件的3D熱仿真模型。

4.根據權利要求1所述的一種不同工況下IGBT器件各物理層溫度監測仿真方法，其特征是：所述將IGBT器件的3D熱仿真模型導入仿真軟件，對3D熱仿真模型進行瞬態CFD模擬計算，包括：

將IGBT器件的3D熱仿真模型導入仿真軟件，對該模型各個物理層添加其相應材料熱學特性，進行網格劃分以及設定該模型的邊界條件和初始條件，使用仿真軟件完成瞬態CFD模擬計算。

5.根據權利要求1所述的一種不同工況下IGBT器件各物理層溫度監測仿真方法，其特征是：所述使用仿真軟件建立IGBT動態封裝模型，包括：

根據器件廠商提供的數據手冊文件，設置IGBT器件的額定電壓、額定電流、額定參考溫度、集射極飽和電壓、門極驅動電壓；

設置在IGBT被擊穿時的參數；

設置IGBT半橋測試電路參數；

擬合IGBT傳輸特性曲線；

擬合IGBT輸出特性曲線；

擬合二極管正向偏壓特性曲線；

提取不同工況下動態參數：開通損耗E_on、關斷損耗E_off、開通延遲時間T_don、關斷延遲時間T_doff；驗證步驟提取的動態參數的有效性；

得到動態封裝的IGBT器件模型。

6.根據權利要求5所述的一種不同工況下IGBT器件各物理層溫度監測仿真方法，其特征是：所述在IGBT被擊穿時的參數包括：擊穿電壓、擊穿電流、擊穿時的溫度、門射極擊穿電壓、擊穿時集射極電阻和擊穿時門射極電阻；

IGBT半橋測試電路參數包括：門極電阻、門極連接電感和雜散電感。

7.根據權利要求1所述的一種不同工況下IGBT器件各物理層溫度監測仿真方法，其特征是：所述通過PWM控制所述拓撲模型，得到IGBT器件動態封裝模型的電壓和電流數據，將所述電壓和電流數據輸入降階模型，得到IGBT、二極管的結溫以及IGBT器件各物理層的溫度隨時間變化的曲線，包括：

通過PWM控制方法控制單相PWM逆變電路；

PWM控制的輸入量為開關頻率、調制比和仿真時間，PWM控制的輸出量為IGBT器件動態封裝模型的管腳驅動觸發信號；

將所述拓撲模型中的一個IGBT器件動態封裝模型的IGBT的電壓和電流輸入到降階模型的IGBT損耗輸入引腳，以及其二極管的電壓和電流輸入到降階模型的二極管損耗輸入引腳，從而得到IGBT、二極管的結溫以及所關注的物理材料層的溫度隨時間變化的曲線。

8.根據權利要求7所述的一種不同工況下IGBT器件各物理層溫度監測仿真方法，其特征是：根據IGBT器件應用工況，通過輸入不同的PWM控制的輸入量，得到不同物理層溫度隨時間的變化曲線。