NPT型IGBT电热仿真模型参数提取方法综述

硅基射频器件的建模与参数提取建模是指将硅基射频器件的物理过程和特性以数学模型的形式表达出来，以实现对器件性能的预测和分析。

硅基射频器件的建模有多种方法，常用的包括电路建模、物理建模和系统建模等。

一般来说，建模的过程包括以下几个步骤：1.设计器件几何结构：根据硅基射频器件的实际结构和尺寸，利用CAD软件进行建模和设计。

2.建立电路模型：根据硅基射频器件的特性和工作原理，选择合适的电路模型进行建模。

常用的电路模型包括小信号模型、大信号模型和非线性模型等。

3.参数提取：通过实验测量或仿真分析，提取硅基射频器件的各种参数。

这些参数包括S参数（散射参数）、Y参数、Z参数、H参数、过程参数等。

4.模型验证：将提取得到的参数输入到建立的电路模型中进行仿真，与实际测试结果进行比较，验证模型的准确性和合理性。

参数提取是建模过程中的一项关键工作，它是在实际测试或仿真过程中，通过测量或分析得到硅基射频器件的各种特性参数。

参数提取的过程中需要注意以下几点：1.测试设备的选择：选择合适的测试设备，如网络分析仪、功率计、频谱分析仪等。

要保证测试设备具备足够的精度和灵敏度。

2.测试方法的选择：根据硅基射频器件的特性和要求，选择合适的测试方法。

常用的测试方法包括小信号测试、大信号测试、直流参数测试、频率响应测试等。

3.数据处理和分析：将测试得到的原始数据进行处理和分析，提取出硅基射频器件的各种特性参数。

常见的数据处理方法包括线性回归、参数拟合、频谱分析等。

4.参数的准确性和可靠性：要对提取得到的参数进行验证和评估，确保其准确性和可靠性。

可以通过与其他测试结果的比较、重复测试和统计分析等方法进行验证。

总之，硅基射频器件的建模和参数提取是实现对器件性能优化和改进的关键步骤。

通过合理选择建模方法、测试设备和测试方法，以及准确提取和验证器件参数，可以为硅基射频器件的设计和应用提供有力支持。

T度,型的方式对其进行预测。

半导体传热及IGBT 热模型基本原理、散热特点、建立与测试方法、概述:随着电力电子功率模块不断的提高功率密度，缩小封装的体积，提咼应用频率。

半导体器件，尤其是功率电子器件面临的散热挑战日益提高,封装和散热成为电子产品设计的热门词汇。

在新能源电驱系统中，芯片作为电驱系统中最为关键的功率器件，其工作的热稳定性成为评价电驱系统性能高低的关键。

因此，需要对其在不同工况下传热的过程以及影响作深入的研究。

在芯片的封装模块内部厂商会集成测温的温度传感器用于监控芯片温度，但是该传感器一般封装在芯片的陶瓷基板上，无法直接测量获得芯片结温的温度。

同时，由于温度传感器作为温度传感具有一定的时间常数，该常数远大于芯片晶元温度的上升速因此无法通过温度传感器的监控温度直接对芯片的晶元进行保护。

对于芯片晶元温度的监控，业内基本上都认可通过建立“热模该方法是通过对芯片的传热路径和散热条件进行数学建模，完成热阻-热容的热参数网络搭建，通过计算芯片实时损耗的热网络响应结果，从而获得芯片结温的实时变化。

二、传热学基本概念：存在三种基本的热传递形式：传导，对流，辐射。

在实际的工程应用中，这三种基本的传热形式一般同时存在，甚至伴随着物质的相变（比如冷凝器）等一系列复杂的物理过程。

控制器不同部位的热交换比下图是某电机控制器内部不同零部件，不同传热形式的所占比重数据，可以看出不同部位元件其传热形式存在较大的差别，因此很难采用某一个传热学定律或者公式对其传热过程进行描述。

因此，对这种综合传热条件的情况需要使用有限元的分析方法，.92戲旬（:将物理模型进行网格剖分之后，在局部空间进行有限元方程的求解获得各个有限元内部的传热情况。

三、半导体器件的散热特点：有限兀方法能够准确全面地描述工程传热问题，但是其算法精度依赖于物理模型和求解器的优劣，是一个完全正向的开发流向，必须通过不断的优化模型和算法逼近真实的结果。

但是，在实际应用中很难获得系统中各个层级的模型参数，大部分的结果还是得依靠测试进行标定。

现代电力电子技术IGBT建模与仿真一、IGBT结构及工作原理自上世纪80年代绝缘栅双极型晶体管（IGBT）问世以来，逐渐取代了晶闸管和功率MOSFET等器件，在中频、中等功率变流领域获得了广泛的应用。

IGBT 克服了功率MOSFET高通态损耗的特性，同时保持了MOSFET门极电压驱动的优点。

IGBT是一种PNPN四层结构的器件，其结构剖面图和等效电路如图（1）所示。

(a) 剖面图(b) 达林顿等效结构图(1)IGBT结构剖面图及等效电路由图（1）（b）可知，IGBT相当于一个MOSFET和一个BJT的混合电路。

当在其栅极施加一个足够大的正向电压时，MOSFET内部将形成沟道，为晶体管提供基极电流，从而使IGBT导通。

此时由于P+区的空穴注入到N-区产生电导调制效应，能够减小N-区的电阻，从而使IGBT具有较小的通态压降。

二、IGBT工作特性IGBT的工作特性分为静态特性和动态特性两种。

(1)静态特性静态特性描述了稳态情况下IGBT的电流与电压关系，最常用的是其伏安特性和转移特性。

伏安特性指的是在不同的Vge下，Ice与Vce之间的关系，如图（2）左图所示。

转移特性是指集电极电流Ic与栅射电压Uge之间的关系，如图（2）右图所示。

图(2)IGBT的静态特性(2)动态特性动态特性描述了开关过程中IGBT的电压电流随时间变化的关系，分为开通特性和关断特性。

(a)开通过程 (b)关断过程图(3)IGBT的动态特性在开通过程中有两点值得关注：一是电流Ic上升率较快时，快恢复二极管的反向恢复电流将导致Ic出现尖峰，这一尖峰会引起电磁干扰等问题；二是寄生电容Cgc导致Miller效应，使Vge出现Miller平台，增加开通损耗。

在关断过程中，Cgc的分流作用使得在Vce下降过程中同样会出现Miller 平台，增加关断损耗。

此外电流下降过程中，二极管偏置导通将引起电压过冲，导致电磁干扰问题。

由于MOSFET快速关断，PNP双极管中存储的电荷不能及时释放，关断过程中还会有一个较长的拖尾电流，也增加了关断损耗。

IGBT模块热网络模型及电路仿真应用IGBT芯片在模块内工作时面临高压大电流环境，每个芯片因位置差异导致其温度各不相同，因此直接精准测量每个芯片的结温基本上是不可能的。

通常使用建立IGBT模块简化模型的方法，通过计算、仿真等方法得到IGBT模块内部芯片的等效结温，称为虚拟结温，用标志Tvj来表示。

广义上来说，谈到IGBT模块结温的时候，大部分情况下其实都是在说虚拟结温Tvj。

图1 IGBT模块内部结构IGBT模块的真实热传导路径应当是三维的，热量从芯片发出，通过横向（X，Y）和纵向（Z）路径传导。

由于模块内部结构复杂，所以模块内每一层材料上不同点的温度不一定相同，热传导形成的等温面可能是不规则的曲面（如图2）。

图2 IGBT模块内部传热路径和等温面半导体器件厂商为了量化半导体器件内部的虚拟结温Tvj，提出了一维分层热结构模型的方法。

该方法基于以下假设：(1)IGBT模块内部的传热路径简化为从内部芯片到外部基板的一维路线热结构模型（实际上其它路径的传热量的确远小于该路径）；(2)热结构模型体现的是模块内部等温面的分布，而不是对IGBT 模块内部物理结构的简单等效。

一、用电路理论分析热模型1.Cauer热网络模型将物体内部按材料进行分层，每一层都有其对应的热阻、热容，这种基于物体内部不同材料的真实物理特性建立的热网络模型叫做Cauer网络模型。

Cauer热网络模型可以用电路模型来等效。

模块外部的导热材料和散热器模型也可以一并加入热网络模型。

热源（W）可以对应电流源（A），热阻（K/W）可以对应电阻（Ω），热容（J/K）可以对应电容（F），温度（K）可以对应电压（V）。

有了这样的对应关系，即可将热模型转化为电路模型。

如图3所示，即为Cauer热网络模型转化成电路模型的情况。

图3 Cauer热网络模型转为电路模型通过电路仿真软件，将模块工作时的损耗用数学模型表示成电流，输入等效电路模型，监测各层的电路节点电压，即可得到各层的仿真温度。

IGBT功率管热仿真工作总结一、【问题描述】：大功率IGBT是我司产品中的常用器件，尤其是在功率模块中，例如风能功率模块，光伏逆变器等。

在这些产品中，IGBT有一个共同特点：功率密度大，工作温度高。

如果不能建立有效的散热途径，将热量散出，IGBT工作温度超过允许值，就会损毁。

在产品设计的初始阶段，如何利用仿真手段准确评估IGBT的结温，建立有效的散热途径就成为热设计工程师急需解决的问题。

二、【原因分析】：IGBT芯片Diode芯片图1 IGBT内部结构图硅凝胶DBC图 2 IGBT内部芯片焊接结构简图IGBT内部结构如图1所示，发热器件由多组芯片组成，每一组芯片由一个IGBT芯片和一个Diode（二极管）芯片组成（视具体情况而定，有些IGBT中，一组芯片中IGBT 芯片数和Diode芯片数不同）。

图1中绿色方框中的为IGBT芯片，黄色方框中的为Diode 芯片。

如图2所示，IGBT芯片和Diode芯片正上方是一层厚度约5mm ，导热系数为0.15W/m.K的透明硅凝胶；芯片直接焊接在DBC层上，DBC层再焊接在铜基板表面。

DBC层由0.38mm厚氧化铝陶瓷片上下紧密贴附0.3mm厚铜皮组成（DBC的具体结构和制造厂家有关，另外相同厂家不同型号的产品具体结构也不相同，本文只介绍一种典型的结构）。

由于芯片上部的硅凝胶导热系数很小，芯片产生的热量主要通过下方的铜基板传到散热器上。

芯片和散热器之间的热阻分布如图3所示，归纳起来可分为两部分：①结壳热阻（芯片到铜基板的热阻）；②壳到散热器的热阻（铜基板和散热器之间的热阻）。

热流方向图3 IGBT热阻网络图IGBT的最高使用温度和热阻数据可以从厂家提供的器件资料中查到。

通常产品中使用的IGBT管子（一个桥臂）实际是将两个IGBT封装在一起，如图4所示。

厂家给定的热阻值可能是其中一个IGBT的值，也可能是整个IGBT管子（一个桥臂）的热阻，根据具体资料确定。

以英飞凌FF1000R17IE4为例，FF1000R17IE4管子内部共有12组芯片（一组芯片包含一个IGBT芯片和一个Diode芯片；一个IGBT有6组芯片）。

IGBT热仿真建模分析IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)是一种常用的功率半导体器件，其拥有低开通电压、高阻断电压和高电流能力的优点，因此在电力电子领域广泛应用。

热仿真建模分析是对IGBT进行电热特性模拟和分析的方法，本文将对IGBT热仿真建模分析进行探讨。

首先，IGBT的热仿真建模分析是基于热传导方程和瞬态热特性来进行的。

热传导方程描述了功率半导体器件内部的热传导过程，而瞬态热特性则描述了器件在瞬态工作条件下的温度变化过程。

在进行IGBT的热仿真建模分析时，首先需要确定模型的几何结构。

IGBT的结构包括导电层、绝缘层、衬底以及金属电极，这些结构在热仿真中需要被建立为相应的热传导模型。

其次，在建立热仿真模型时，需要确定IGBT的材料参数和边界条件。

材料参数包括导电层和绝缘层的热导率、热容以及密度等，而边界条件则包括器件的热界面温度和散热条件等。

然后，根据所选取的热传导模型和边界条件，利用热传导方程进行热仿真计算。

热传导方程是一个偏微分方程，其解可通过有限元方法或其他数值求解方法获得。

在进行瞬态热仿真时，需要考虑器件在工作过程中的瞬态功耗和瞬态散热等因素。

最后，根据热仿真分析的结果，可以得到IGBT的温度分布、温升和热耗散等信息。

这些结果可以用于评估器件的热稳定性、散热设计和寿命预测等方面。

总结起来，IGBT热仿真建模分析是一种对该功率半导体器件进行电热特性模拟和分析的方法，主要涉及到几何结构建模、材料参数确定、热传导方程求解以及结果分析等步骤。

通过热仿真建模分析，可以更好地了解IGBT的热特性，为器件的设计和应用提供参考依据。

功率模块IGBT、IPM、PIM 的性能及使用时有关问题的综述1 IGBT主要用途IGBT是先进的第三代功率模块，工作频率1-20KHZ，主要应用在变频器的主回路逆变器及一切逆变电路，即DC/AC变换中。

例电动汽车、伺服控制器、UPS、开关电源、斩波电源、无轨电车等。

问世迄今有十年多历史，几乎已替代一切其它功率器件，例SCR、GTO、GTR、MOSFET，双极型达林顿管等,目今功率可高达1MW的低频应用中，单个元件电压可达4.0KV（PT结构）— 6.5KV（NPT结构），电流可达1.5KA，是较为理想的功率模块。

追其原因是第三代IGBT模块，它是电压型控制，输入阻抗大，驱动功率小，控制电路简单，开关损耗小，通断速度快，工作频率高，元件容量大等优点。

实质是个复合功率器件，它集双极型功率晶体管和功率MOSFET的优点于一体化。

又因先进的加工技术使它通态饱和电压低，开关频率高（可达20KHZ），这两点非常显著的特性，最近西门子公司又推出低饱和压降（2.2V）的NPT—IGBT性能更佳，相继东芝、富士、IR、摩托罗拉亦已在开发研制新品种。

IGBT发展趋向是高耐压、大电流、高速度、低压降、高可靠、低成本为目标的，特别是发展高压变频器的应用，简化其主电路，减少使用器件，提高可靠性，降低制造成本，简化调试工作等，都与IGBT有密切的内在联系，所以世界各大器件公司都在奋力研究、开发，予估近2-3年内，会有突破性的进展。

目今已有适用于高压变频器的有电压型HV-IGBT，IGCT，电流型SGCT等。

2 关断浪涌电压在关断瞬时流过IGBT的电流，被切断时而产生的瞬时电压。

它是因带电动机感性负载(L)及电路中漏电感(Lp)，其总值L*p = L + Lp则Vp* = Vce + Vp而Vp = L*p di/dt在极端情况下将产生Vp* Vces（额定电压）导致器件的损坏发生，为此要采取尽可能减小电感(L)，电路中的漏电感(Lp)—由器件制造结构而定，例合理分布，缩短到线长度，适当加宽减厚等。