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Extraction des parasites électriques dans les modules de puissance avec Ansys Q3D
Afin d'éviter les faibles inductances parasites au stade du développement, la conception du circuit 3D est vérifiée par des simulations.

Développement de nouveaux modules de puissance

Branche : Ingénierie électrique/électroniqueDiscipline: Électromagnétisme

Le département des systèmes intégrés et des dispositifs de l'Institut Fraunhofer (IISB) est spécialisé dans le développement de nouveaux modules de puissance. Avec Ansys Q3D et les services de CADFEM, une méthodologie a été mise en place pour éviter les parasites électriques.

Résumé

Tâche

Les faibles inductances parasites des chemins d'alimentation, des cellules de commutation et des commandes de porte jouent un rôle clé dans le bon fonctionnement des ponts SiC-H. En outre, une distribution symétrique du courant est très importante. La simulation est nécessaire pour concevoir activement ces propriétés dès la première phase de développement.

Solution

Avec l'extracteur Ansys Q3D, les propriétés électriques parasites "R, L, C" du circuit dépendant de la fréquence sont extraites en fonction de la structure géométrique. De nouveaux circuits peuvent être testés et optimisés en ce qui concerne leurs impédances et différentes variantes de la topologie du circuit peuvent être testées virtuellement.

Avantages clients

Grâce aux simulations, le Fraunhofer IISB peut accélérer ses innovations en testant de nouveaux concepts sur des prototypes virtuels. Ansys Q3D permet pour la première fois de visualiser le comportement de commutation et la distribution de puissance avant de construire un démonstrateur.

Détails du projet

Tâche

L'Institut Fraunhofer IISB est spécialisé dans le développement de nouveaux modules de puissance. Ils sont basés sur des semi-conducteurs à large bande comme le carbure de silicium (SiC) ou le nitrure de gallium (GaN) pour l'électronique de puissance à commutation rapide. Les faibles inductances parasites des chemins d'alimentation, des cellules de commutation et des commandes de porte jouent un rôle clé pour un fonctionnement efficace de ces modules. En outre, une distribution symétrique du courant est très importante. Afin de s’assurer de ces propriétés dans la phase de développement et de les vérifier pendant le processus de conception, la conception du circuit tridimensionnel est vérifiée par des simulations. Le Fraunhofer IISB effectue également ces calculs pour le compte de nombreux clients industriels. Par conséquent, une méthodologie confortable et rapide pour les calculs joue un rôle important.


Avantages clients

Grâce aux simulations, le Fraunhofer IISB peut accélérer ses innovations en testant de nouveaux concepts sur des prototypes virtuels. Non seulement la vitesse élevée de l'analyse de conception joue un rôle ici, mais Ansys Q3D permet pour la première fois de représenter le comportement de commutation et la distribution du courant avant de construire un démonstrateur. Cela conduit à une diffusion rapide du savoir-faire et aide les développeurs à prendre les bonnes décisions à un stade précoce de la conception. L'utilisation intuitive du logiciel permet aux ingénieurs de se concentrer sur les aspects essentiels de la conception. La facilité d'utilisation et la rapidité du logiciel ainsi que la précision des résultats sont particulièrement importantes pour la rentabilité des prestations de l’IISB.


Solution

Avec l'extracteur Ansys Q3D, les propriétés électriques parasites "R, L, C" du circuit dépendant de la fréquence sont extraites en fonction de la structure géométrique. La géométrie des modules de puissance comprend la disposition des composants électriques en fonction de la topologie du circuit, des épaisseurs de matériaux, les distances et le cheminement des câbles. Un modèle Spice pour la simulation analogique du comportement de commutation est automatiquement généré à partir de ces résultats. Les couplages capacitifs et inductifs sont également pris en compte. De cette manière, de nouveaux schémas peuvent être testés et optimisés selon leurs impédances, et de nombreuses variantes topologiques de circuit peuvent être testées facilement sans avoir à créer un véritable démonstrateur. Par exemple, on peut analyser l'intégration la plus avantageuse des réseaux de serrage ou des structures de filtrage. En outre l'amortisseur RC à base de puce semi-conductrice, qui a été développé et produit par l'IISB, a été simulé et optimisé avec succès dans le circuit de commutation.


Business Development
PhD Christian Römelsberger

Produits du projet