?作者 | Zhou Ming

雙脈沖測試是評估IGBT等功率器件的動態(tài)參數(shù)的重要手段，關(guān)于雙脈沖測試概述及機理介紹，請小伙伴們參考CST的Champion用戶周蒙的文章：CST電磁電容性仿真---雙脈沖3D仿真。

 

影響雙脈沖結(jié)果的因素很多，除了器件自身的寄生參數(shù)外，PCB走線對結(jié)果影響也很大。在本案例中，我們推薦全3D的仿真方法，這種方法的優(yōu)點是：

 

l方法及流程簡單、結(jié)果更準(zhǔn)確；

l通過后處理可以直接拿到雜散電感的值；

l通過2D電磁場的結(jié)果，工程師可以直接看到表面電流的分布，為后續(xù)的PCB優(yōu)化設(shè)計提供指導(dǎo)。

 

雙脈沖仿真的3D 建模

雙脈沖仿真需要完整的半橋電路，在3D環(huán)境下，我們需要創(chuàng)建以下模型：

l直接從EDA接口導(dǎo)入PCB模型，功率回路部門要保持完整；

l在上管的D、S級之間添加port，用于后續(xù)在電路中添加電感模型。

 

 

 

在3D求解時我們選擇頻域F-solver，為了提升低頻段的仿真精度，建議在求解器中增加低頻段的計算頻點，如下圖所示。

 

 

 

雙脈沖仿真的電路模型

切換到CST的電路工作室，在這里我們需要創(chuàng)建以下模型：

l添加IGBT器件的Spice模型；

l添加D、S級之間的電感模型；

l設(shè)置雙脈沖激勵信號；

l設(shè)置關(guān)鍵路徑上的Probe，監(jiān)控電壓和電流波形。

 

 

 

雙脈沖波形仿真結(jié)果及雜散電感計算

下圖是雙脈沖波形的仿真結(jié)果，對應(yīng)下管的電壓和電流波形，可以看出Vds的電壓過沖超過了20V。

 

 

 

下面是雜散電感的計算公式

 

 

從仿真結(jié)果中得到Us= 31.4V，di/dt通過CST后處理，對第二個脈沖的電流求導(dǎo)，di/dt=8。最終計算得到雜散電感Ls=3.9uH。

 

PCB設(shè)計優(yōu)化

由于雙脈沖結(jié)果不符合要求，需要對PCB走線進(jìn)行優(yōu)化。在優(yōu)化PCB之前，我們可以通過surface current monitor對PCB環(huán)路的表面電流進(jìn)行監(jiān)控，紅色區(qū)域是表面電流比較集中的位置，也是PCB重點優(yōu)化的區(qū)域，如下圖所示。

 

 

 

優(yōu)化前后的PCB對比，如下圖所示。

 

 

 

我們先看下優(yōu)化后PCB的雙脈沖波形的仿真結(jié)果，可以看出Vds的電壓過沖降低到4.8V，雜散電感Ls=2uH改善明顯。

 

 

 

最后再看看優(yōu)化后的PCB的表面電流分布吧，可以明顯看出功率走線的表面電流強度明顯降低。