申请/专利权人：西安交通大学

申请日：2021-06-29

公开（公告）日：2024-03-29

公开（公告）号：CN113536627B

主分类号：G06F30/23

分类号：G06F30/23;G06F30/3308;G06F119/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.29#授权;2021.11.09#实质审查的生效;2021.10.22#公开

摘要：本发明公开了一种多芯片IGBT模块热安全运行域刻画方法，首先，在ANSYSQ3D中建立IGBT模块的杂散电感提取模型，得到内部DBC布局的杂散电感矩阵；其次，分析IGBT瞬态开通过程中电流分布不均匀的机理，建立IGBT模块内部各芯片开通损耗的不均匀模型；在COMSOL中建立IGBT模块热阻提取的有限元热模型，得到不同散热条件下各芯片的热阻，包括自热阻和耦合热阻。基于仿真得到的热阻数据，拟合得到IGBT模块内部芯片的热阻网络随散热性能变化的解析模型；最后，在MATLAB脚本中编写多芯片IGBT模块的批量化结温计算程序，并基于不同工况下的最高芯片结温刻画器件的热安全运行域。

主权项：1.一种多芯片IGBT模块热安全运行域刻画方法，其特征在于，包括以下步骤；步骤一：在ANSYSQ3D中建立IGBT模块的杂散电感提取模型，得到内部DBC布局的杂散电感矩阵；步骤二：分析IGBT瞬态开通过程中电流分布不均匀的机理，利用步骤一中得到的杂散电感矩阵，建立IGBT模块内部各芯片开通损耗的不均匀模型；其中，分析IGBT瞬态开通过程中电流分布不均匀的机理具体为：当下桥臂接受到开通信号后，栅-射极电压逐步上升，当电压上升至大于阈值电压时，电流开始流过器件，此时各个芯片的栅极-发射极电压表示为公式1： 其中UGO为栅极与模块AC端两点间电压，UGEk为第k个芯片的栅射极电压，LW为键合线上的杂散电感，iREF_k为第k个芯片的开通电流，iBC为BC两点间电流，LCi、MC_i、MCi_i+1为不同回路的杂散电感、互感值；假设不同回路的互感值Mc2_1和Mc2_2相差不大时，用公式2将互感解耦： 其中iAB、iBC分别为AB、BC两点间电流，MC_i、MCi_i+1为不同回路的互感值；将并联芯片间的损耗比例转化为开通时流过芯片的电流比例，如公式3所示： 将电流上升阶段用公式4线性化表示： 其中tr为开通时的电流上升时间，除此之外，IGBT线性区电压和电流的关系用公式5近似表示： 其中β是由器件结构和掺杂浓度确定的常数，由数据手册提取，IC为并联芯片的总开通电流，Uth为芯片的阈值电压，IREF_k为第k个芯片用于表征损耗比例的等效电流值，联立公式1-5，得到芯片间的开通损耗比例为： 其中 其中LEQC2＝LC2-MC2_2+MC2_12，LEQC1＝LC1-MC1_2+MC1_12，LEQC＝LC-MC_2+MC_12，IREF＝[IREF_4,IREF_5,IREF_6]T，I＝[1,1,1]T，E为三阶单位矩阵；根据开通损耗比例关系，得到单个芯片的单个芯片的不均匀开通损耗模型，如公式9-12所示： 其中Eon_ref，Eoff_ref和Err_ref分别是功率模块忽略芯片之间的温差的总开通、关断和反向恢复损耗，△Tj_i是各个IGBT芯片的结温Tj_i与并联IGBT芯片的平均温度Tjav之差，△Tdj_i是各个二极管芯片的结温Tdj_i与并联二极管芯片的平均温度Tdjav之间的差异；步骤三：在COMSOL中建立IGBT模块热阻提取的有限元热模型，得到不同散热条件下各芯片的热阻，基于仿真得到的热阻数据，拟合得到IGBT模块内部芯片的热阻网络随散热性能变化的解析模型；步骤四：结合上述建立的开通损耗的不均匀模型和热阻解析模型，在MATLAB脚本中编写多芯片IGBT模块的批量化结温计算程序，并基于不同工况下的最高芯片结温刻画器件的热安全运行域。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 西安交通大学 一种多芯片IGBT模块热安全运行域刻画方法

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