[发明专利]一种功率半导体模块多物理场联合仿真方法

权利要求书

1.一种功率半导体模块多物理场联合仿真方法，其特征在于，所述功率半导体模块多物理场联合仿真方法包括：

采用支持导入器件模型的电路进行软件的仿真，通过设计特定协同分析方法并二次构建软件联合仿真的耦合接口，采用间接耦合的方式进行不同软件的电-热-力的联合协同仿真。

2.如权利要求1所述功率半导体模块多物理场联合仿真方法，其特征在于，所述联合仿真的耦合接口包括：

在PSpice中使用spice语言构建的电路模型、在COMSOL中使用java语言构建的热-机械模型以及在MATLAB中构建的控制脚本文件；

所述不同软件包括PSpice和COMSOL两个软件；所述电-热-力的联合协同仿真包括：

进行PSpice电路仿真以及COMSOL热、力仿真，并利用联合仿真的耦合接口基于MATLAB脚本程序对仿真得到的数据进行处理，协调PSpice电路仿真结果与COMSOL热、力仿真结果两者之间的数据传递，进行PSpice和COMSOL之间的协同仿真；

所述进行COMSOL热、力仿真包括：

使用java语言结合COMSOL Multiphysics 5.6with MATLAB构建热、力模型；

通过另存为后缀名为.m文件的方式进行COMSOL仿真，并利用MATLAB控制仿真过程；采用SOLIDWORKS进行几何图形的绘制，将CAD模型导入到COMSOL中；将热源热耗率设置成变量，在每次同PSpice进行数据交换时对热耗率参数进行更新；

手动划分网格，设置稳态和瞬态两个类型，将稳态求解的结果作为瞬态仿真的初始值，进行有限元的计算，并提取器件结温将其反馈到电路仿真中。

3.如权利要求2所述功率半导体模块多物理场联合仿真方法，其特征在于，所述利用联合仿真的耦合接口基于MATLAB脚本程序对仿真得到的数据进行处理包括：

MATLAB提取PSpice仿真数据：MATLAB通过文件读写函数对预先写好的以文本文件保存的spice电路仿真程序进行读写，得到的文本文件中包含的功率损耗数据、电路仿真数据以及其他数据；采用正则表达式筛选得到损耗数据筛选，提取等间距时间点对应的器件损耗，采用微积分分割求和的方法得到每个器件在数据交换时间步长内的平均损耗。

MATLAB提取COMSOL仿真数据：通过设置温度探针得到器件温度数据表，再使用集成的MATLAB函数读取数据表中的结温数据；MATLAB利用采集到的温度数据通过文件读写命令，进行以.lib为后缀的功率器件模型文件中相应的温度参数的更新；

所述MATLAB通过文件读写函数对预先写好的以文本文件保存的spice电路仿真程序进行读写包括：

首先得到后缀名为.cir的PSpice电路仿真输入文件；控制后缀为.cir的输入文件在PSpice AD中执行，设置输入的.cir文件中的时间步长等长，进行PSpice电路仿真；自动生成后缀为.out的输出文件，基于输出的.out文件得到不同器件上等间距时间点对应的功率损耗数据；通过文件读写命令把.out文件转化成文本文件。

4.如权利要求2所述功率半导体模块多物理场联合仿真方法，其特征在于，所述协调PSpice电路仿真结果与COMSOL热、力仿真结果两者之间的数据传递包括：MATLAB将计算得到的损耗数据传输到COMSOL中，更新热源热耗率，改变热、力仿真的边界条件。

5.如权利要求1所述功率半导体模块多物理场联合仿真方法，其特征在于，所述采用间接耦合的方式进行PSpice和COMSOL两个软件的电-热-力的联合协同仿真包括以下步骤：

首先，计算电路模型，将电路仿真得到的器件功率损耗作为瞬态热、力仿真的边界条件；其次，在COMSOL中进行瞬态的热、力仿真；最后，将热、力仿真得到的每个器件的结温作为下一次电路仿真的边界条件；不断迭代循环直到满足循环结束的条件。