用于混合动力和纯电动汽车的IGBT大功率电子系统建模
车规级IGBT简介
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定制化服务
针对不同车型和不同能源系统的需求，提供定制 化的车规级IGBT解决方案将成为行业的重要发展 方向。
05
车规级IGBT的挑战与解决方案
技术挑战
01
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高可靠性要求
车规级IGBT需要在高温、 高湿、高震动的环境下长 时间稳定工作，对可靠性 和稳定性要求极高。
快速开关响应
车规级IGBT需要具备快速 的开关响应速度，以满足 车辆控制系统对动力和制 动性能的需求。
车规级IGBT简介
汇报人： 2024-01-04
目录
• IGBT的基本介绍 • 车规级IGBT的特点 • 车规级IGBT的应用 • 车规级IGBT的市场前景 • 车规级IGBT的挑战与解决方
案
01
IGBT的基本介绍
IGBT的定义
IGBT（绝缘栅双极晶体管）是一种复合晶体管，由金属-氧化 物-半导体场效应管（MOSFET）和双极晶体管（BJT）组合 而成。
IGBT的优点
01
02
03
04
高速开关能力
IGBT具有快速的开关速度， 能够实现高频率的开关转换。
低通态压降
在导通状态下，IGBT的通态 压降较低，能够降低能源损耗
。
耐高温性能
IGBT能够在高温环境下稳定 工作，适用于高温环境下的应
用。
可靠性高
IGBT的结构简单，可靠性高 ，寿命长。
02
车规级IGBT的特点
优化设计
通过优化设计和制程工艺，提高车规级IGBT的开关响应速度和 效率。
降低成本
通过优化供应链管理和规模化生产，降低车规级IGBT的材料成 本和研发成本。
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IGBT参数建模与仿真分析
(
)
1.18 −1.77 T −31 2 T p + 400 + 3 × 10−3 N1 + × 1.83 10 300 300
2. IGBT 硅参数模型及仿真分析
IGBT 工作时不断承受功率循环与电热循环，过电压，过电流等；这些原因将诱发器件内部结构的变 化。而这些结构的变化与 IGBT 模块承受的温度密切相关。本章将详细分析温度变化对器件禁带宽度， 本征载流子，双核扩散系数等物理参数的影响，揭示 IGBT 开关速度减慢、通态压降、漏电流增大，阈 值电压突变，擎住效应等容易导致 IGBT 器件失效的电气现象的物理机理。
kT q
把上述式子(8)，(9)，(11)，(12)带入公式，可以得到高温时双极扩散系数表达式[9]
= D A
2k 11.2 × 107 T −0.94 × q 2.9 + 38.54T −0.73
(13)
式中： k 为硅玻尔兹曼常数= k 1.38 × 10−23 J K ， q 为电子电荷 = q 1.602 × 10−19 C 。
(Leabharlann )−1(3)
而在较高温度的情况下，载流子寿命模型只是温度的函数。 对于低掺杂基区 n = p < 1017 cm −3 ，对上式简化得到载流子寿命为：
(
)
τ (T ) = τ 0
T 300
1.7
(4)
其中， τ 0 为 300 K 时载流子寿命，载流子在 300 K 时的经验值为 2.5。 2.1.3. 本征载流子浓度 在本征半导体中，导电电子和空穴对仅能通过价键破裂而产生，电子和空穴成对生成，因此，电子 的浓度等于空穴浓度，这个浓度成为半导体的本征载流子浓度 ni ；其是晶格振动能量的函数，故而也是 温度的函数，它和温度、禁带宽度有关系，理论表达式为：
八五规划,电动汽车及关键零部件研发工作
八五规划,电动汽车及关键零部件研发工作形势与需求发展电动汽车是提高汽车产业竞争力、保障能源安全和发展低碳经济的重要途径。
未来五年将是电动汽车研发与产业化的战略机遇期。
"八五”期间，国家科技计划将加大力度，持续支持电动汽车科技创新，把科技创新引领与战略性新兴产业培育相结合，组织实施电动汽车科技发展专项规划。
发展形势从国际发展趋势看，随着技术的不断创新与突破，面对金融危机、油价攀升和日益严峻的节能减排压力，200x年以来，以美国、日本、欧盟为代表的国家和地区相继发布实施了新的电动汽车发展战略，进一步明确了产业发展方向，明显加大了研发投入与政策扶持力度。
日本以产业竞争力为第一目标，全面发展混合动力、纯电动、燃料电池三种电动汽车，研发和产业化均走在世界前列；美国以能源安全为首要任务，强调插电式电动汽车发展；欧盟以CO2排放法规为主驱动力，重视发展纯电驱动汽车，仅德国国家电动汽车平台计划就投入近50亿欧元。
从技术层面看，混合动力电动汽车技术逐步成熟，已进入产品市场竞争期，率先实现产业化，正成为汽车市场销售新的增长点，其中，日本市场混合动力电动汽车已达到汽车销量的10%左右；纯电动汽车电池技术进步加速，整车产品更加接近消费者需求，插电式电动汽车作为一种具有纯电动和混合动力双重特征的电动汽车技术成为全球新的研发热点，以电池租赁为代表的纯电动汽车商业模式创新取得进展，世界主要汽车制造商加快了纯电动汽车量产步伐，率先上市的日产LEAF车型销售势头良好，各大汽车公司多种小型纯电动轿车将在2013-1015年密集上市；车用燃料电池技术取得重大进展，通用汽车公司轿车燃料电池发动机贵金属催化剂Pt的用量从上一代的80克降低到30克，并计划2015年降至10克，燃料电池轿车在动力性、安全性、续航里程、低温启动等性能指标方面已接近汽油车水平，燃料电池汽车整车成本显著下降，xx公司宣布，201x年将实现燃料电池车零售价格为5万美元/辆的目标。
(参考资料)IGBT热仿真建模分析
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）。
《混合动力汽车构造与维修》课程标准
《混合动力汽车构造与维修》课程标准一、课程性质本课程是三年制高等职业学校新能源汽车运用与维修专业必修的一门专业核心课程，也可作为汽车检测与维修专业的专业拓展课。
是在汽车发动机，新能源汽车构造，汽车机械基础等课程基础上，开设的一门综合性较强的核心课程。
其任务是使学生掌握混合动力汽车的结构及其检修方法，培养学生对新能源汽车，混动汽车的结构原理理解，掌握分析故障检测的能力；对学生进行职业意识培养和职业道德教育，提高学生的综合素质与职业能力，增强学生适应职业变化的能力，为学生职业生涯的发展奠定基础。
二、学时与学分本课程建议课时为70课时，本课程的总学分为4学分。
三、课程设计思路本课程以完成工作任务为目标，利用学习方式的多样化。
推行项目教学、案例教学、工作过程导向教学等教学模式，分知识模块来实施。
1、课程定位本课程的开设是通过深入调研，与本院专业指导委员会专家共同论证，根据工作任务与职业能力分析，以必须、够用为度，以掌握知识、强化应用、培养技能为重点，以新能源汽车相关工作任务为依据设置本课程；并且以现代教学思想为指导，以强化技能建设为支撑，同时根据具体教学情况及专业发展需求适时调整，保证课程及教材的科学性、实时性。
2、目标确立学徒是学习的主人，在课程开发过程中将重视学徒的参与，根据学徒的需要不断优化课程；依据新能源汽车专业人才培养方案中确定的培养目标、综合素质、职业能力，按照知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度，突出核心素养和关键能力，结合本课程的性质和职业教育课程教学的最新理念，确定课程目标；学校专业带头人、企业技术骨干、行业能工巧匠是课程开发的主体，在课程的开发和实施中将重视他们的主动精神。
3、教学内容确定依据《混合动力汽车构造与维修》课程所对应工作的基本内容，将本课程划分为混动汽车发动机基础知识，驱动电机基础知识，镍锰氢电池，三元锂电池的基础知识，天然气，乙醇作为燃料的发动机基础知识，常用驱动电机、功率变换器、功率变换器应用技术、驱动电机控制技术和新型驱动电机等几大部分，在设计上强调学生学习自主性。
IGBT仿真设计(毕业论文)---精品管理资料
本科毕业论文(设计）题目：IGBT的仿真设计学院：理学院专业: 电子科学与技术班级: 2007级1班学号: 070712110075 学生姓名：孙阔指导教师：傅兴华2011年6月1日贵州大学本科毕业论文(设计)诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文(设计）,是在导师的指导下独立进行研究所完成。
毕业论文(设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处.特此声明。
论文（设计）作者签名：日期：目录摘要.............................................................................................................................. I II 第一章绪论 (1)1。
1功率半导体器件的发展［1] (1)1.2 IGBT的诞生和发展 (2)1.3 IGBT的应用 (2)第二章IGBT的结构、工作特性和主要参数 (3)2.1 IGBT的结构 (3)2。
2工作原理 (4)2.3 IGBT的特性 (5)2。
3。
1 IGBT的静态特性 (5)2.3。
2 IGBT动态特性 (7)2.4 IGBT的设计理论 (8)2。
4.1 IGBT的结构设计理论 (8)2。
4.2 IGBT的闩锁效应 (9)2.4.3 器件设计的主要性能影响因素 (9)第三章IGBT的设计 (12)3。
1外延层的计算 (12)3。
1。
1 IGBT的击穿机理 (12)3。
2 栅氧化层的计算 (14)3.3 P阱的设计 (14)3。
4阴极N阱（NSD）的设计 (15)3。
5饱和电流的计算[6］ (15)第四章IGBT的工艺仿真 (16)4。
1工艺参数 (16)4.2 使用Athena软件设计工艺流程 (16)4。
2。
1 定义网格 (16)4。
2.2 外延缓冲层 (17)4。
2.3 外延N—外延层 (18)4。
电动化模块单选题(200-400)
电动化模块单选题（200-400）1.电动汽车用驱动电机系统规定当对驱动电机控制器有被动放电要求时，驱动电机控制器支撑电容放电时间应不大于（）。
A. 1minB. 5min(正确答案)C. 10minD. 15min2.电动汽车用驱动电机系统规定当对驱动电机控制器有主动放电要求时，驱动电机控制器支撑电容放电时间应不超过（）。
A. 1sB. 2sC. 3s(正确答案)D. 4s3.驱动电机型号由（）代号、尺寸规格代号、信号反馈元件代号、冷却方式代号、预留代号五部分组成。
A. 驱动电机大小B. 驱动电机类型(正确答案)C. 驱动电机尺寸D. 驱动电机组成4.在测量绝缘电阻时应根据被测绕组（或测量点）的最高工作电压选择兆欧表，当最高工作电压不超过 250V 时，应选用 500V 兆欧表，当最高工作电压超过250V，但是不高于1000V 时，应选用（）兆欧表。
A. 500VB. 1000V(正确答案)C. 2000VD. 10000V5.驱动电机系统处于电动工作状态时，输入功率为驱动电机控制器直流母线输入的电功率，输出功率为驱动电机轴端的（）。
A. 视在功率B. 机械功率(正确答案)C. 电功率D. 无功功率6. 电动汽车用驱动电机系统堵塞与渗漏型故障模式不包括（）。
A. 破裂(正确答案)B. 堵塞C. 漏水D. 渗水7.电动汽车用驱动电机系统动力电气接口的连接方式包括快速连接方式和固定连接方式。
快速连接方式采用快速连接器连接，固定连接方式采用（）连接。
A. 固定连接器B. 快速连接器C. 连接端子(正确答案)D. 接触器8. DC-Link电容器额定电压值应不小于额定电源电压的（）倍，同时不小于电源电压的最大值。
A. 1B. 1.1C. 1.2(正确答案)D. 29. DC-Link电容器的标称电容量的选择应满足使控制器电路中纹波电压不大于电源电压的（）。
A. 5%(正确答案)B. 10%C. 15%D. 25%10.对于纯电动乘用车和混合动力车用驱动电机系统，在额定电压，额定转速条件下，在一定的持续时间内输出的最大功率持续时间规定为（）。
压接型IGBT器件内部电—热—力多物理场耦合模型研究
压接型IGBT器件内部电—热—力多物理场耦合模型研究一、本文概述Overview of this article随着电力电子技术的迅速发展，绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为一种关键的功率半导体器件，在电动汽车、风力发电、电网储能等领域得到了广泛应用。
然而，在高压、大电流的工作环境下，IGBT器件的内部结构常常面临着电、热、力等多物理场的复杂耦合作用，这些因素共同影响着器件的性能和可靠性。
因此，深入研究IGBT器件内部的多物理场耦合机制，对于提升器件性能、优化器件设计、延长使用寿命具有重要的理论和实际应用价值。
With the rapid development of power electronics technology, insulated gate bipolar transistors (IGBTs) have been widely used as a key power semiconductor device in fields such as electric vehicles, wind power generation, and grid energy storage. However, in high voltage and high current working environments, the internal structure of IGBT devices often faces complex coupling effects of multiple physical fields suchas electricity, heat, and force, which together affect the performance and reliability of the devices. Therefore,in-depth research on the multi physical field coupling mechanism inside IGBT devices has important theoretical and practical application value for improving device performance, optimizing device design, and extending service life.本文旨在构建压接型IGBT器件内部电—热—力多物理场耦合模型，通过数值计算和仿真分析，揭示器件在工作过程中各物理场之间的相互作用和影响规律。
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用于混合动力和纯电动汽车的IGBT大功率电子系统建
模
独立咨询与调查公司IDTechEX公司认为，到2025年还没有推出吸引人的电动汽车产品的公司将注定被淘汰出局。
其实说这话一点也不让人感到惊讶，因为今天混合动力和纯电动汽车(H/EV)市场正经历着空前的增长和创新。
我就职的Magna Electronics公司专注于通过为牵引驱动和控制应用提供工程、集成和创新解决方案支持这个新兴的混合动力/纯电动汽车市场，其中包括设计逆变器、直流直流转换器、电动机、电池管理系统和其它关键元器件(图1)。
图1：用于混合动力/纯电动汽车市场的电动机和逆变器。
功率半导体器件和模块是每个电源逆变器的关键器件。
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块则常被用于中高功率应用，如混合动力/纯电动汽车逆变器，因为它们具有高压大电流能力。
IGBT是逆变器设计中的关键器件，因为该器件的特性决定了逆变器的行为和外围电路。
通过仿真改进设计一般来说，改变一个设计或在实验室验证电路功能是非常耗时并且代价高昂的一件事。
电路仿真为电气工程师提供了一种更高效的设计方式。
我们可以根据相关数据手册用Saber Model Architect建立IGBT 模块的静态和动态行为的模型。
可以用扫描工具将曲线输入Saber，同时调整定位点以匹配曲线。
关键要求是表征IGBT的动态行为，包括结点电容、拖尾电流和续流二极管的反向恢复行为，以匹配导通/关断延时和上升下降时间。
通过调整关键参数可以使模型用于不同的电路设计，从而极大地推进产品开发过程。
建模IGBT以便完全匹配测试结果是很难的。
主要问题之一是，器件特性非常不线性。
此时Saber就很有用了，它能通过提供支持来优化困难的模型。
而确认电路中的寄生参数也很难，因为开关行为取决于器件本身和电路的寄生参数。
尤其是电源电路中的杂散电感可能在关断时引起电压过冲，而栅极驱动。