背景介紹
無論什么學科,什么類型的仿真模型,都會設置各種參數的數值。由于種種原因,部分參數的預估和猜測是不可避免的。但是參數的預估和猜測會導致仿真模型準確性不足,和實際物理場景不一致。由此,仿真模型得到的結果可信度會大打折扣。

兩者有多接近?
為此,提出了模型校準的概念。所謂模型校準,是通過對仿真模型的參數進行不斷調整,以使仿真模型的參數和物理實際充分接近的迭代過程。
在電子熱仿真中,通常涉及模型校準的是元器件級和板級的仿真。

元器件級熱仿真

板級熱仿真
通過模型校準,不僅可以提高仿真模型的可信度,也可以提高仿真模型針對不同物理場景下的可重復利用能力,得到的某些參數可以在整機和環境級分析中提供元器件相關的更準確參數。
模型是否進行過校準,其仿真結果可能會有較大差異。

某型號芯片熱仿真模型校準前后的節溫比較

模型校準前后,在第一個脈沖結束時溫度分布對比
Flotherm軟件可以和T3ster熱阻測試儀聯合應用,對模型進行校準。其校準流程如圖所示。圖中橙色部分為Flotherm軟件操作,藍色部分為T3Ster硬件熱測試操作。

IGBT校準案例
Part
1
仿真與測試的設置
對某型號的IGBT模型進行校準,其結構如圖所示。其中,灰色部分是水冷板,黃色部分是IGBT的金屬底板,白色部分是IGBT外部的樹脂殼。

去除樹脂外殼后,IGBT的內部結構如圖所示。其中,白色部分為IGBT芯片,淺黃色部分為基板,灰色部分為陶瓷層,橘黃色部分為金屬底板。

工況設定如下表所示,T3Ster瞬態熱測試和Flotherm仿真模型采用相同設定。在仿真模型設定中,不考慮熱輻射,水冷板設定為固體,其材料參數考慮水流影響,IGBT的芯片硅材料需要考慮溫度對熱傳導系數的影響。
外界環境溫度 | 25℃ |
水冷板底面溫度 | 25℃ |
發熱元件 | IGBT芯片(部分區域) |
發熱功率 | 75W |
測試時間 | 100s |

Part
2
模型校準
STEP 1:
得到初始結果后,打開Flotherm的Command Center模塊,將IGBT芯片的發熱區域的尺寸、位置以及焊錫導熱系數設定為變量。

STEP 2:
在Command Center頁面下打開模型校準頁面,導入T3Ster的測試數據,并和仿真模型的設置信息進行對比,確認兩者設定是一致的。

STEP 3:
對模型進行校核設定,其中,DOE的參數組合數量設定為10組,需要校準的熱阻范圍為0至0.2 K/W。點擊Design Experiment按鈕創建參數組合,點擊Model Calibration按鈕開始進行模型校準計算。

STEP 4:
記錄程序計算出來的最優結果。

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