达索系统SIMULIA CST解锁新能源时代的“CPU”：IGBT模块3D建模仿真
本文作者：
达索系统：周明
耐世特汽车系统亚太研发中心：周蒙
“车规级IGBT模块是新能源汽车最核心的功率器件之一，在电驱逆变器、电源变换器、空调、OBC等模块中被大量使用。作为硬件工程师，我在设计硬件电路时需要考虑IGBT的开关特性、缓冲电路、驱动电路、杂散电感、短路保护等，这些都是设计的难点和关键。
借助SIMULIA CST的微波工作室，对高压IGBT模块进行精确的3D建模，可以精确的提取引脚和PCB的寄生参数，通过场路协同来模拟IGBT的工作状态，仿真出来的电压、电流波形和测试结果基本上一致。对于电路设计者而言，通过仿真可以更好地指导下一步的设计，节省时间和经济成本。”
@周蒙
耐世特汽车系统亚太研发中心
达索系统SIMULIA冠军成员
资深电子工程师&电磁仿真专家
2023达索系统大中华区SIMULIA用户大会将于2023年10月12-13号在北京隆重开幕。届时，周蒙先生将作为Champion演讲嘉宾更详尽地阐释本案例的仿真过程。欲知更多精彩，欢迎报名参会，获取更多仿真领域的真知灼见！
以「核心」技术，塑「核心功能」：
当SIMULIA CST遇见IGBT模块
IGBT是 Insulated Gate Bipolar Transistor 的缩写，即绝缘栅双极晶体管，由双极结型晶体管（BJT）和金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）组成的复合全控型功率半导体器件，也是电能转换的核心器件之一， 被称为电力电子行业里的“CPU”。
近年来，电动车企业聚力于缩短充电时间，提升电动车续航里程，以SiC、GaN为代表的新型半导体功率器件的应用日益广泛。
以Tesla Model3为例，其主逆变器采用24个SiC MOSFET，续航里程提升5~10%。但是更高的开关速度下，dv/dt及di/dt更高，电磁干扰尤其频发。
如何在保性能的同时解决电磁干扰的难题？
借助SIMULIA CST的微波工作室，对高压IGBT模块进行精确的3D建模，成为了指导设计方向、缩短时间和经济成本的不二之选。
IGBT实物
3D建模
创建3D模型时，需要对IGBT模块去封装做拆解，根据真实模块尺寸来构建IGBT内部的精细结构。
在CST的微波工作室完成IGBT的3D建模，一共分为6层，从上到下分别：
铜层（材质：铜）
硅片（材质：硅）
DBC（材质：铜）
上铜层（材质：氮化铝）
绝缘层（材质：铜）
DBC下铜层（材质：铜基板）
寄生参数的提取可以通过CST低频工作室的RLC求解器计算提取获得，也可以通过CST微波工作室全波仿真来获取。
仿真测试结果对比：
当SIMULIA CST遇见IGBT模块
根据双脉冲仿真和测试结果对比，我们可以发现，无论是母线电流，还是Vds电压，仿真结果与实际测试结果都具有非常强的一致性：
双脉冲测试波形
双脉冲仿真波形---母线电流
双脉冲仿真波形---Vds电压
IGBT模块，作为新能源行业堪为“CPU”的存在，对电动汽车企业的重要性不言而喻。达索系统SIMULIA CST凭借极强的仿真能力，让电磁干扰等令人头疼的难题迎刃而解，以核心技术，赋能核心功能，达索系统SIMULIA一直在行动。
来源：达索系统
