IGBT Package模型RLC提取，撑起高压快充安全线-英特工程仿真技术（大连）有限公司

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IGBT Package模型RLC提取，撑起高压快充安全线

发布时间：2026年04月24日

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在新能源汽车、可再生能源等中高功率电力电子领域，IGBT作为核心器件，其性能直接决定系统稳定性与效率。

但IGBT开关过程中，封装寄生电感、电容易引发电压电流尖峰、额外损耗等问题，影响系统安全。

因此，精准提取IGBT封装RLC寄生参数，是电力电子设计的关键。

01 案例背景

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）广泛用于中高功率电力电子系统，如变频器、逆变器、电动汽车、工业电机驱动和可再生能源等领域备。

IGBT开通关断过程中，寄生电感（如键合线电感、引线电感）会与器件电容形成谐振回路，导致电压/电流产生尖峰震荡，并且有附加损耗产生。因此对功率器件进行寄生参数提取是电力电子系统设计、优化和可靠运行的关键环节，其核心意义在于解决由封装和布局引入的寄生效应（如寄生电感、电容、电阻）对器件的动态特性、损耗、电磁兼容及系统稳定的影响。

本案例通过INTESIM寄生参数提取软件pExtractor模块对IGBT Package模型进行RLC参数的提取，并通过后处理改变回路运算查看回路RL结果，观察电压梯度和电流密度云图，从而指导模型的设计优化。

02 案例功能特点

所属物理场：INTESIM-pExtractor（寄生参数提取）

主要验证功能：有限元、边界元求解；多层快速多极子和GPU加速；自动识别导体网络；电容、直流、交流自适应网格迭代；频率扫描计算；RLC参数提取；矩阵改变回路运算；电压梯度和电流密度云图

网格单元类型： 四面体和三角形网格单元

求解频率：频率求解范围为[0,10MHz]，采用分段式求解

图1 分段式频率求解设置

INTESIM软件自带几何建模功能，同时也支持外部几何模型和网格模型导入。本案例模型采用外部导入几何的方式，导入的IGBT Package模型如下图所示：

图2 IGBT Package几何模型

本案例模型含有一个正端、负端电极及负载端子，半导体开关导通时，电流分别从正负两端交替流向负载端子，控制半导体开关通断的是两个门极信号。底部由金属固定支撑。由陶瓷基板固定半导体等核心部件，并起到电气绝缘。

03 参数设计

本案例用到的材料为铝、铜、三氧化二铝陶瓷。材料属性如下表所示：

表1 材料属性表

04 网络与激励

网络和激励的定义是求解寄生参数的重要环节，INTESIM通过自身几何接触与材料定义自动识别导体网络。对于DC和AC计算，额外需要定义Source和Sink作为电流流通路径，比如下图展示了Load导体网络定义的输入端子Source和输出端子Sink关系，其中Load_out为电流输出端子，d1_e、T1_e、T2_c、d2_c为电流输入端子：

图3 Load导体网络的Source和Sink定义

05 网络自适应

网格自适应功能是解决电磁场问题的有效方法，通过降低人工干预，把网格分配给关键区域来实现精度与效率的平衡，INTESIM-pExtractor支持电容、直流、交流三个求解器的网格自适应，依据能量误差准则作为收敛判据，用户只需设置相应参数，等待结果，不用担心因手动剖分网格造成的精度误差，极大方便用户建模，提升效率与可信度。

图4 自适应设置

06 计算结果

10MHz自适应频率的RLC计算结果

电容C：

图8 电容计算结果

直流电阻电感DCRL：

图9 DCR计算结果

图10 DCL计算结果

交流电阻电感ACRL：

图11 ACR计算结果

图12 ACL计算结果

矩阵误差评估

按照Frobenius公式法估计矩阵元素误差，其优势在于误差计算简便、能全面反应RLC矩阵的整体误差。

其中：Nf为矩阵所有元素数量，F(fi)和~F(fi)分别是计算软件和对标软件第 i 个元素计算结果。

通过以上误差估计公式及软件计算结果，得到的误差估计表如下所示：

表2 矩阵误差估计

矩阵缩减

软件计算的寄生参数都是局部参数，如果分析回路参数的影响时，使用后处理矩阵返回路径操作，可快速得到回路电阻电感矩阵，无需修改激励进行场求解，为设计开发者提供快速的后处理矩阵变换工具。本案例gate门极回路电感的存在会产生环形交变磁场，进而将共模噪声辐射出去，因此，分析该参数对器件的优化设计有重要意义。执行的操作如下：

图13 T1_gate_in设置为电流的返回路径

执行后的DC和AC结果如下：

图14 DCR返回路径计算结果

图15 DCL返回路径计算结果

图16 ACR返回路径计算结果

图17 ACL返回路径计算结果

使用矩阵误差估计公式：

表3 矩阵误差估计

ACRL扫频结果对比

本案例的IGBT模块在gate_signal和side极产生较大的交流电阻，因此，实际应重点关注该区域的寄生参数，在[0,10MHz]频段内对比两款软件的扫频ACRL结果如下图所示：

图18 两款软件（N_side:d2_e,N_side:d2_e）ACR对比

图19 两款软件（N_side:T2_e,N_side:T2_e）ACR对比

图20 两款软件（T1_gate_signal:T1_gate_in,T1_gate_signal:T1_gate_in）ACR对比

图21 两款软件（N_side:d2_e,N_side:d2_e）ACL对比

图22 两款软件（N_side:T2_e,N_side:T2_e）ACL对比

图23 两款软件（T1_gate_signal:T1_gate_in,T1_gate_signal:T1_gate_in）ACL对比

从曲线图可以看出，随着频率的增加，电阻逐渐增大，电感逐渐减小，原因在于电阻有效截面积减小，电流逐渐趋近于表面流动，造成内自感减小。

电压和电流密度云图

电压云图有助于识别IR Drop问题，直观显示电源路径上的电压降，此外查看电压云图能直观分析高压梯度区域，预防局部放电或击穿风险。电流密度云图能识别电流拥挤区域，避免局部过热导致烧毁，此外还能指导导体厚度设计。本案例模型，N_side网络Voltage:T2_e与T1_gate_signal网络Voltage:T1_gate_in有较大的压降产生，因此在实际设计时应重点分析此区域的压降问题。