功率器件的仿真评估
- 1.功率器件仿真评估概述
- 2.IGBT温升模型整理
- 3.Matlab仿真计算
- 4.仿真评估报告
1.功率器件仿真评估概述
功率器件的仿真评估共五个步骤：
a.根据IGBT数据手册整理中热阻参数、开关损耗参数温升模型；
b.带入到Matlab中仿真堵转、中速运行、高速运行三种工况下IGBT温升；
c.根据驱动测试实测开关损耗数据，更新温升模型；
d.再次带入Matlab中仿真堵转、中速运行、高速运行三种工况下IGBT温升；
e.给出IGBT模块仿真评估报告；
功率器件的仿真评估可以帮助确定软件保护逻辑，根据项目应用参数，调整水温阈值上限，开关频率等参数；
同时IGBT供应商会提供在线热仿真分析工具，如Infineon的IPOSIM：
富士的Fuji IGBT Simulator
2.IGBT温升模型整理
IGBT温升二阶模型整理需要确定IGBT和Diode各自的瞬态热阻参数，IGBT的开关损耗曲线，IGBT输出特性Vcesat曲线和Diode正向特性Vf曲线。
IGBT和Diode各自的瞬态热阻参数有RthJC（Junction-to-Case）、RthCH（Case-to-Heatsink）和RthHA（Heatsink-to-Atmosphere）；
RthJC_IGBT和RthJC_Diode参数的确认需要将数据手册提供的四阶曲线通过Rth_CurveFitting.m脚本转换二阶曲线，再带入到二阶模型中；
将RthJC四阶曲线的四个特性点带入到Rth_CurveFitting.m脚本中；
运行脚本后，点击应用程序栏中的Curve Fitting曲线拟合功能；
按下图配置进行拟合，将拟合结果中的R1、R2、T1、T2代入到仿真模型的RthJC中；
RthCH_IGBT和RthCH_Diode数据手册会给出，直接带入即可；
RthHA_IGBT和RthHA_Diode根据经验值设定，3mm50mm50mm铝散热器热阻为0.012K/W；
Pin-fin封装的IGBT（如FS820R08A6P2B）数据手册直接给出RthJf 即RthJA，令RthCH和RthHA均为0即可；
IGBT的开关损耗曲线包含Eon、Eoff、Erec，通过数据手册中给出的损耗曲线可以提取出特征点；
将开关损耗的特征点带入到二阶模型中；
IGBT的输出特性Vcesat通过数据手册中给出的Vcesat曲线提取出特征点，带入到二阶模型中；
Diode正向特性Vf通过数据手册中给出的Vf曲线提取出特征点，带入到二阶模型中；
3.Matlab仿真计算
在pwrLossInvCalc.m脚本中设定母线电压，相电流，水温，工况，通过调用IGBT二阶模型，pwrLossCalcHalfBridge.m脚本，TjCalcHalfBridge.m脚对IGBT温升进行仿真。
运行脚本后输出仿真结果和损耗曲线图：
4.仿真评估报告
通过Matlab仿真出堵转、中速运行、高速运行三种工况下IGBT温升数据，用于评估IGBT选型和调整控制器软件的控制方案；
