基于场路耦合的大功率IGBT多速率电热联合仿真方法

更新时间:2023-05-28

【摘要】IGBT模块在以短路为代表的非周期过载极端工况中,其自热效应明显。由于高压、大电流等外载荷的冲击,IGBT的温度会在短时内迅速升高,进而影响IGBT芯片的半导体特性以及封装结构的材料特性,并最终直观表现为模块端口电气特性的变化。此时,需要同时关注IGBT的电气特性与温度分布特性,而电问题与热问题在时间尺度上的差异为电热耦合仿真带来了不便。基于此,该文提出一种基于场路耦合的电热联合仿真方法。首先阐述IGBT场路耦合联合仿真的基本原理;然后分别在Simulink与COMSOL中构建基于IGBT物理模型的电路模型以及基于有限元的热模型,通过Matlab控制脚本实现了多速率仿真策略下的电热联合仿真;最后以ABB3.3kV/1 500A大功率IGBT模块为例,通过开关暂态测试和短路测试对所提出的仿真方法进行了验证。

【关键词】 绝缘栅双极型晶体管(IGBT) 自热效应 极端工况 场路耦合 联合仿真

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