數字化制造

達索系統SIMULIA CST解鎖新能源時代的“CPU”:IGBT模塊3D建模仿真

轉載 :  zaoche168.com   2023年08月28日

本文作者:

達索系統:周明

耐世特汽車系統亞太研發中心:周蒙

 

 

“車規級IGBT模塊是新能源汽車最核心的功率器件之一,在電驅逆變器、電源變換器、空調、OBC等模塊中被大量使用。作為硬件工程師,我在設計硬件電路時需要考慮IGBT的開關特性、緩沖電路、驅動電路、雜散電感、短路保護等,這些都是設計的難點和關鍵。

 

借助SIMULIA CST的微波工作室,對高壓IGBT模塊進行精確的3D建模,可以精確的提取引腳和PCB的寄生參數,通過場路協同來模擬IGBT的工作狀態,仿真出來的電壓、電流波形和測試結果基本上一致。對于電路設計者而言,通過仿真可以更好地指導下一步的設計,節省時間和經濟成本?!?/P>

 

@周蒙

耐世特汽車系統亞太研發中心

達索系統SIMULIA冠軍成員

資深電子工程師&電磁仿真專家

 

2023達索系統大中華區SIMULIA用戶大會將于2023年10月12-13號在北京隆重開幕。屆時,周蒙先生將作為Champion演講嘉賓更詳盡地闡釋本案例的仿真過程。欲知更多精彩,歡迎報名參會,獲取更多仿真領域的真知灼見!

 

以「核心」技術,塑「核心功能」:當SIMULIA CST遇見IGBT模塊

 

01 電力電子行業的CPU:IGBT模塊

 

 

IGBT是 Insulated Gate Bipolar Transistor 的縮寫,即絕緣柵雙極晶體管,由雙極結型晶體管(BJT)和金屬氧化物場效應晶體管(MOSFET)組成的復合全控型功率半導體器件,也是電能轉換的核心器件之一, 被稱為電力電子行業里的“CPU”。

 

近年來,電動車企業聚力于縮短充電時間,提升電動車續航里程,以SiC、GaN為代表的新型半導體功率器件的應用日益廣泛。

 

以Tesla Model3為例,其主逆變器采用24個SiC MOSFET,續航里程提升5~10%。但是更高的開關速度下,dv/dt及di/dt更高,電磁干擾尤其頻發。

 

如何在保性能的同時解決電磁干擾的難題?

 

借助SIMULIA CST的微波工作室,對高壓IGBT模塊進行精確的3D建模,成為了指導設計方向、縮短時間和經濟成本的不二之選。

 

02 精準刻畫,完美還原——3D仿真模型構建

 

IGBT實物&3D建模

創建3D模型時,需要對IGBT模塊去封裝做拆解,根據真實模塊尺寸來構建IGBT內部的精細結構。

 

在CST的微波工作室完成IGBT的3D建模,一共分為6層,從上到下分別:

 

銅層(材質:銅)

硅片(材質:硅)

DBC(材質:銅)

上銅層(材質:氮化鋁)

絕緣層(材質:銅)

DBC下銅層(材質:銅基板)

 

03 高效敏捷、數字說話——寄生參數提取

寄生參數的提取可以通過CST低頻工作室的RLC求解器計算提取獲得,也可以通過CST微波工作室全波仿真來獲取。

 

 

仿真測試結果對比:當SIMULIA CST遇見IGBT模塊

 

根據雙脈沖仿真和測試結果對比,我們可以發現,無論是母線電流,還是Vds電壓,仿真結果與實際測試結果都具有非常強的一致性:

 

雙脈沖測試波形

 

雙脈沖仿真波形---母線電流&雙脈沖仿真波形---Vds電壓

 

IGBT模塊,作為新能源行業堪為“CPU”的存在,對電動汽車企業的重要性不言而喻。達索系統SIMULIA CST憑借極強的仿真能力,讓電磁干擾等令人頭疼的難題迎刃而解,以核心技術,賦能核心功能,達索系統SIMULIA一直在行動。

 

篇幅有限,精彩難敘。期待與諸君10月12日-13日相聚于2023達索系統大中華區SIMULIA用戶大會,化有行為無形,以虛擬重塑現實,一起解鎖更多電磁仿真奧秘!

 

在電磁仿真領域您有哪些獨到的見解想與同仁分享?或有哪些成功實踐經驗渴望與專家探討?2023達索系統大中華區SIMULIA用戶大會論文征集火熱進行中!

 

希望您將自己的使用心得化為筆墨,總結成技術論文,向大會來稿,共同探討電磁領域仿真的應用成果和技術經驗。

 

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