基于谐波分析的封装-电路多物理场耦合仿真方法

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作者 王卫杰 刘燕婻 赵振国 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2718-2725,共8页

场-路耦合仿真可以支持跨越芯片-封装-系统的多层级协同分析,多物理场仿真能够对多物理约束下芯片封装的信号完整性、电源完整性以及可靠性进行提前设计.因此,针对场-路结构的多物理场耦合仿真能够实现在初期对芯片封装的设计方案进行... 场-路耦合仿真可以支持跨越芯片-封装-系统的多层级协同分析,多物理场仿真能够对多物理约束下芯片封装的信号完整性、电源完整性以及可靠性进行提前设计.因此,针对场-路结构的多物理场耦合仿真能够实现在初期对芯片封装的设计方案进行筛选和优化,是先进封装仿真技术最重要的发展方向之一.本文基于场-路耦合仿真和多物理场耦合仿真方法的最新研究进展,提出针对非线性场-路结构的频域仿真方法以及电磁-热耦合计算方法 .该方法能够解决基于时域仿真方法的场-路耦合仿真的长时间迭代问题,实现多物理约束下非线性场-路结构的电磁与热特性快速分析.计算结果验证了本文方法的准确性和高效性. 展开更多

关键词 场-路耦合仿真 多物理场耦合仿真 谐波分析方法

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基于场路耦合的大功率IGBT多速率电热联合仿真方法 被引量：23

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作者 贾英杰 肖飞 +2 位作者 罗毅飞 刘宾礼 黄永乐 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第9期1952-1961,共10页

IGBT模块在以短路为代表的非周期过载极端工况中,其自热效应明显。由于高压、大电流等外载荷的冲击,IGBT的温度会在短时内迅速升高,进而影响IGBT芯片的半导体特性以及封装结构的材料特性,并最终直观表现为模块端口电气特性的变化。此时... IGBT模块在以短路为代表的非周期过载极端工况中,其自热效应明显。由于高压、大电流等外载荷的冲击,IGBT的温度会在短时内迅速升高,进而影响IGBT芯片的半导体特性以及封装结构的材料特性,并最终直观表现为模块端口电气特性的变化。此时,需要同时关注IGBT的电气特性与温度分布特性,而电问题与热问题在时间尺度上的差异为电热耦合仿真带来了不便。基于此,该文提出一种基于场路耦合的电热联合仿真方法。首先阐述IGBT场路耦合联合仿真的基本原理;然后分别在Simulink与COMSOL中构建基于IGBT物理模型的电路模型以及基于有限元的热模型,通过Matlab控制脚本实现了多速率仿真策略下的电热联合仿真;最后以ABB3.3kV/1500A大功率IGBT模块为例,通过开关暂态测试和短路测试对所提出的仿真方法进行了验证。 展开更多

关键词 绝缘栅双极型晶体管(IGBT) 自热效应 极端工况 场路耦合 联合仿真

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MPS结构SiC二极管场路耦合建模及多速率电热联合仿真分析 被引量：6

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作者 贾英杰 肖飞 +1 位作者 段耀强 罗毅飞 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第19期5585-5594,共10页

该文建立一种适用于Pi N-肖特基混合型(merged PiN schottky,MPS)结构SiC二极管的场路耦合模型。模型同时考虑该类二极管芯片在浪涌大电流极端工况下的电气特性以及芯片温度耦合作用的影响。首先,基于MPS结构的芯片特点,应用集总电荷建... 该文建立一种适用于Pi N-肖特基混合型(merged PiN schottky,MPS)结构SiC二极管的场路耦合模型。模型同时考虑该类二极管芯片在浪涌大电流极端工况下的电气特性以及芯片温度耦合作用的影响。首先,基于MPS结构的芯片特点,应用集总电荷建模方法建立能够表征其电气特性的物理模型,同时基于有限元仿真平台建立与实际SiC模块封装结构和尺寸一致的热模型。其次,应用PSpice-COMSOL仿真平台,建立基于MPSSiC二极管电气模型和热模型的场路耦合模型,并通过多速率仿真策略解决电路仿真与热仿真时间尺度悬殊的问题,实现二极管电气与温度特性的表征及仿真分析。最后,基于Cree 1200V/300A模块中二极管在浪涌条件下的工作特性对该文建立的模型进行仿真和实验结果的验证。结果表明,提出的场路耦合模型具有仿真精度和仿真效率高的优点,为MPS结构SiC二极管在极端工况下的特性研究提供一种分析方法。 展开更多

关键词 碳化硅二极管 MPS二极管 浪涌电流 场路耦合 电热联合仿真

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控-场-路-网耦合的单机-无穷大系统联合仿真建模 被引量：1

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作者 辛鹏 戈宝军 +2 位作者 陶大军 殷继伟 吕品 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第6期40-48,共9页

为更完善、更准确地研究发电机并网运行下,发电机非正常运行时的机网动态问题,建立了控-场-路-网耦合的单机-双回线-无穷大系统联合仿真模型,实现了励磁控制系统—发电机二维瞬态电磁场—外电路—电网的全面耦合。并以某动模实验电机为... 为更完善、更准确地研究发电机并网运行下,发电机非正常运行时的机网动态问题,建立了控-场-路-网耦合的单机-双回线-无穷大系统联合仿真模型,实现了励磁控制系统—发电机二维瞬态电磁场—外电路—电网的全面耦合。并以某动模实验电机为基础,通过对发电机定子绕组匝间短路故障的仿真与实验结果对比,验证了仿真模型的正确性。与此同时,为验证该模型在大型发电机组中的应用效果,另以一台核电半速汽轮发电机为例进行了定子绕组匝间短路故障仿真,并将仿真结果与传统的恒定励磁电压法建模的仿真结果比较,分析结果表明所建的控-场-路-网联合仿真模型能更准确、更真实有效地反映发电机非正常运行时机网协调运行的动态过渡过程。 展开更多

关键词 控-场-路-网耦合 时步有限元 联合仿真 匝间短路

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基于场路耦合的LFBGA封装电热联合仿真分析 被引量：1

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作者 蔡燕 王楚越 +1 位作者 宗烜逸 宣慧 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2023年第10期148-152,共5页

目前的薄型细间距球栅阵列(low-profile fine-pitch ball grid array,LFBGA)封装电热联合仿真方法较少考虑电路芯片本身材料的散热能力,因此存在准确性不足的问题。为了解决这个问题,该文提出了一种基于场路耦合的LFBGA封装电热联合仿... 目前的薄型细间距球栅阵列(low-profile fine-pitch ball grid array,LFBGA)封装电热联合仿真方法较少考虑电路芯片本身材料的散热能力,因此存在准确性不足的问题。为了解决这个问题,该文提出了一种基于场路耦合的LFBGA封装电热联合仿真方法。该方法建立了LFBGA封装热阻模型,考虑了电流和电压的热能转换以及芯片材料本身的散热能力,并使用场路耦合计算了电热联合芯片散热关系式。此外,该方法还设置了功率取值范围,确保仿真的精确性。通过实验验证,该方法的准确性在电压和电流计算中均高于现有的两种方法。因此,基于场路耦合的LFBGA封装电热联合仿真分析方法能够提供更准确的仿真结果。 展开更多

关键词 场路耦合 LFBGA封装 电热联合 仿真分析

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无人机系统级线缆电磁效应与耦合特征分析

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作者 周佳乐 余道杰 +5 位作者 柴梦娟 白艺杰 杜剑平 李涛 张霞 姚振宁 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第2期70-77,共8页

无人机系统级线缆耦合特征对于无人机电磁效应与机理分析具有重要意义。针对无人机系统中多类型线缆建立了线缆电磁干扰场路联合仿真模型,分析了无人机不同类型线缆的耦合特征,并结合无人机系统复杂物理结构对无人机系统级线缆耦合特征... 无人机系统级线缆耦合特征对于无人机电磁效应与机理分析具有重要意义。针对无人机系统中多类型线缆建立了线缆电磁干扰场路联合仿真模型,分析了无人机不同类型线缆的耦合特征,并结合无人机系统复杂物理结构对无人机系统级线缆耦合特征展开研究,基于无人机系统表面电流分布情况,在无人机飞控端口线缆处、机翼线缆处、旋翼线缆处设置电压监测点,得到了无人机系统线缆耦合的薄弱环节。仿真结果表明,平面波以不同角度入射相同长度线缆时,电场矢量与线缆所在平面平行时耦合峰值电压最大,且不同类型线缆耦合敏感频点相同,平面波以相同角度入射不同长度线缆时,谐振频点的倒数满足与线缆长度相同的倍数关系;无人机系统线缆辐照场景下,飞控线缆耦合敏感频段为300~600 MHz;无人机机翼线缆与旋翼线缆耦合敏感频段为300~430 MHz,且飞控线缆耦合峰值电压明显大于机翼线缆与旋翼线缆处峰值电压。 展开更多

关键词 无人机电磁效应 线缆耦合特征 场路联合仿真 电压监测 耦合敏感频段

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基于Simplorer的轴向分段式外永磁转子高速爪极电机联合仿真

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作者 刘光伟 赵新刚 李庚午 《电气工程学报》 2015年第9期48-53,共6页

分析了轴向分段式外永磁转子高速爪极电机的特殊结构及运行原理。由于研究对象的磁路具有非对称性,为了得到更加准确的仿真结果,在Maxwell 3D平台中按照样机的实际参数,建立了研究对象的3D模型;为实现驱动电机的目标,并考虑到电机在运行... 分析了轴向分段式外永磁转子高速爪极电机的特殊结构及运行原理。由于研究对象的磁路具有非对称性,为了得到更加准确的仿真结果,在Maxwell 3D平台中按照样机的实际参数,建立了研究对象的3D模型;为实现驱动电机的目标,并考虑到电机在运行时,电机本体与控制电路产生的场路耦合效应,在Simplorer中搭建了电机的控制系统模型,对电机进行Maxwell&Simplorer联合仿真并采用了无位置传感器的控制策略,控制电路包括逆变电路和换相电路以及双闭环的控制电路。从仿真结果可知,该控制系统模型可以使电机稳定运行,并且有良好的起动性能。本文的研究工作对轴向分段式外永磁转子高速爪极电机控制系统的设计与优化,及联合仿真的研究工作,具有一定的参考价值。 展开更多

关键词 爪极电机 联合仿真 控制系统 场路耦合

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考虑芯片电热应力分布的IGBT动态雪崩工况电热联合仿真 被引量：3

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作者 马天兆 罗毅飞 +2 位作者 贾英杰 李鑫 史泽南 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第20期7068-7078,共11页

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)受芯片和键丝几何布局的影响,芯片表面产生电流密度的不均匀分布,这使得IGBT正常工作时在不同区域呈现不同的电气特性,进而导致IGBT芯片温度的不均匀分布。动态雪崩关断作... 绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)受芯片和键丝几何布局的影响,芯片表面产生电流密度的不均匀分布,这使得IGBT正常工作时在不同区域呈现不同的电气特性,进而导致IGBT芯片温度的不均匀分布。动态雪崩关断作为关断瞬态大电流、高电压的极端工况,使得IGBT芯片温度的不均匀性加剧,对器件可靠性评估带来困难。为解决芯片电热应力不均匀分布下对IGBT电气特性、温度特性模拟,文中提出一种基于场路耦合的IGBT芯片简化分区电热联合仿真方法,该方法基于两个系统:一维的IGBT动态雪崩物理模型和三维的IGBT有限元热模型。通过对待测IGBT芯片的合理分区和电、热系统的耦合,实现每个子单元的电热模拟。最后以一款国产1200V/50A的IGBT模块,针对动态雪崩工况对提出的仿真方法进行验证,实验结果表明,该模型能够准确表征动态雪崩工况下IGBT的电热特性,对IGBT可靠性边界的精确评估提供更为准确的指导。 展开更多

关键词 绝缘栅双极型晶体管 动态雪崩 场路耦合 电热联合仿真 不均匀应力分布

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调频引信对UWB-HPM的前门耦合效应及防护研究 被引量：6

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作者 李明典 刘景萍 李巍 《微波学报》 CSCD 北大核心 2021年第S01期253-257,共5页

论文研究了Ka波段调频连续波引信在超宽带高功率微波(UWB-HPM)脉冲干扰下的前门耦合特性,设计了无源限幅器以保护引信接收前端的LNA。本文先利用HPM脉冲照射天线模型得到耦合电压波形,得出带宽越窄,中心频率越接近引信工作带宽,天线受... 论文研究了Ka波段调频连续波引信在超宽带高功率微波(UWB-HPM)脉冲干扰下的前门耦合特性,设计了无源限幅器以保护引信接收前端的LNA。本文先利用HPM脉冲照射天线模型得到耦合电压波形,得出带宽越窄,中心频率越接近引信工作带宽,天线受到的耦合能量越大,但带外能量对引信的影响不可忽视;在带内限幅器的效果有限,而且典型HPM武器在较近的距离足以烧毁限幅器和LNA,引信需要多种保护手段灵活搭配使用,才能提高战场生存能力。 展开更多

关键词 调频连续波引信 UWB-HPM 前门耦合 场-路联合仿真 限幅器

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基于自抗扰的永磁同步电机附加谐波损耗抑制方法 被引量：5

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作者 韩雪岩 刘文彬 朱龙飞 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期87-98,共12页

针对永磁同步电机在变频器供电时,由时间电流谐波所引起的附加谐波损耗过大及难以在电机初始设计时被考虑到的问题,采用场路耦合联合仿真模型来计算电机的附加谐波损耗,并以4台现有的表贴式永磁同步电机为例,通过实验验证了场路耦合联... 针对永磁同步电机在变频器供电时,由时间电流谐波所引起的附加谐波损耗过大及难以在电机初始设计时被考虑到的问题,采用场路耦合联合仿真模型来计算电机的附加谐波损耗,并以4台现有的表贴式永磁同步电机为例,通过实验验证了场路耦合联合仿真模型的有效性,为电机设计之初附加谐波损耗的选取,以及后续温升的计算提供了前期计算的方法。同时提出一种基于自抗扰技术的附加谐波损耗抑制方法,设计一种适用于永磁同步电机矢量控制的自抗扰控制器,并从理论上验证了自抗扰控制器对于时间电流谐波的抑制作用,以及针对自抗扰控制器参数众多调参困难的问题,给出一种参数整定方案。最后通过引入所设计的自抗扰控制器,对电机的时间电流谐波进行计算和分析,使电机的附加谐波损耗降低了68.1%,为同类型电机的附加谐波损耗抑制提供了一种有效的方法。 展开更多

关键词 永磁同步电机 自抗扰控制 时间电流谐波 附加谐波损耗 场路耦合联合仿真

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调压变不同分接头下特高压变压器直流偏磁特性分析 被引量：4

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作者 刘恪 王泽忠 +2 位作者 李明洋 李冰 宣梦真 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期41-48,共8页

特高压变压器采用中性点调压方式,主体变通过调压绕组和补偿励磁绕组的并联支路与地相连,当中性点流入(或流出)直流电流时,不同分接头下特高压变压器直流偏磁特性存在差异:①不同分接头对应接入的调压绕组匝数和电阻不同,导致调压绕组... 特高压变压器采用中性点调压方式,主体变通过调压绕组和补偿励磁绕组的并联支路与地相连,当中性点流入(或流出)直流电流时,不同分接头下特高压变压器直流偏磁特性存在差异:①不同分接头对应接入的调压绕组匝数和电阻不同,导致调压绕组和补偿励磁绕组分得的直流电流值不同,铁心饱和程度不同;②调压变正调压与负调压状态对应接入的调压电压相位不同,受直流偏磁影响导致的铁心半波饱和位置不同。文中通过对特高压变压器的主体变、调压变和补偿变联合仿真,利用场路耦合法求解各变压器绕组的实时电压电流,分析了不同调压情况下3台变压器直流偏磁特性及其相互影响关系。 展开更多

关键词 特高压变压器 直流偏磁 调压变压器 联合仿真 场路耦合

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新型磁控变压器的特性分析

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作者 赵国生 高权威 +1 位作者 郑晓雷 潘俊鹏 《电源学报》 2025年第4期322-331,共10页

传统的有载调压技术会存在产生电弧、响应速度慢、调节精度低等不足,影响变压器运行可靠性。新型电力电子变压器虽具有无弧、响应快的优势,但其损耗高、成本高。基于此,提出1种新型单相四柱式磁控变压器结构,由磁控电抗器和变压器串联... 传统的有载调压技术会存在产生电弧、响应速度慢、调节精度低等不足,影响变压器运行可靠性。新型电力电子变压器虽具有无弧、响应快的优势,但其损耗高、成本高。基于此,提出1种新型单相四柱式磁控变压器结构,由磁控电抗器和变压器串联连接组成。根据磁控电抗器拓扑结构分析该磁控变压器工作原理,并推导出电路方程与电磁方程。该结构的右旁轭可以提供交流磁通回路,不受直流磁通干扰。利用Ansys软件Maxwell与Simplorer进行模型场路耦合多物理域联合仿真分析其调压能力,并在Simulink中对输出电压进行谐波分析。结果验证了该新型磁控变压器可以无弧、无级、连续平滑地调节输出电压,谐波含量低。 展开更多

关键词 新型磁控变压器 磁控电抗器 Ansys 场路耦合多物理域联合仿真 谐波

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