[发明专利]一种多芯片IGBT模块热安全运行域刻画方法

权利要求书

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ANSYS Q3D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；

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。

2.根据权利要求1所述的一种多芯片IGBT模块热安全运行域刻画方法，其特征在于，步骤一中内部DBC布局的杂散电感矩阵包括各并联回路的自感及互感。

3.根据权利要求1所述的一种多芯片IGBT模块热安全运行域刻画方法，其特征在于，步骤一中具体的提取过程为：

将DBC上铜层在芯片中点处断开并分别设置Source和Sink，前三次每次提取一个并联回路的所有杂散电感及互感L_C和M_C，最后一次提取键合线上的杂散电感L_W，提取频率设置为20MHz。

4.根据权利要求1所述的一种多芯片IGBT模块热安全运行域刻画方法，其特征在于，步骤二中分析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U_GO为栅极与模块AC端两点间电压，U_GEk为第k个芯片的栅射极电压，L_W为键合线上的杂散电感，i_{REF_k}为第k个芯片的开通电流，i_BC为BC两点间电流，L_Ci、M_{C_i}、M_{Ci_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M_{c2_1}和M_{c2_2}相差不大时，用公式(2)将互感解耦：

其中i_AB、i_BC分别为AB、BC两点间电流，M_{C_i}、M_{Ci_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t_r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，I_C为并联芯片的总开通电流，U_th为芯片的阈值电压，I_{REF_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L_EQC2＝L_C2-(M_{C2_2}+M_{C2_1})/2，L_EQC1＝L_C1-(M_{C1_2}+M_{C1_1})/2，L_EQC＝L_C-(M_{C_2}+M_{C_1})/2，I_REF＝[I_{REF_4},I_{REF_5},I_{REF_6}]^T，I＝[1,1,1]^T，E为三阶单位矩阵。