3　IGBT热学特性仿真模拟与验证

有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）的基本思想是用较简单的问题代替复杂的问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段［27］。

对于不同物理性质和数学模型的问题，有限元求解法的基本步骤是相同的，只是具体公式推导和运算求解不同。有限元求解问题的基本步骤通常可分成三个阶段，前处理、处理和后处理。前处理是建立有限元模型，完成单元网格划分；处理是软件系统在建立的模型单元中进行处理运算；后处理是采集处理分析结果，使用户能简便提取信息，了解计算结果。

ANSYS软件是融结构设计、流体设计、磁场分析、电场设计、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。该软件包含多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。ANSYS Workbench有限元数值模拟分析软件用来模拟复杂的多物理场环境的实际工程问题，它在工程页面引入了工程流程图的概念，通过各个分析系统间的连接将数值模拟过程结合在一起。每个分析系统的数值模拟过程一般是采用简化假定或者真实的物理模型，将CAD模型构造成有限元网格模型，再通过施加载荷和边界条件后运行求解得到分析结果，分析系统之间通过共同变量建立关联。图3-1为ANSYS Workbench对话框示意图。

图3-1　ANSYS Workbench对话框

本章使用两个参数完全一致的IGBT模块样品，将其中之一拆解，分析内部参数，并利用有限元分析软件ANSYS Workbench建立实体模型，加入相关载荷进行仿真分析，将另一IGBT模块在相同载荷下进行实际测量与验证。最后对比测量结果并进行分析。