仿真案例144：CST IGBT双脉冲仿真及PCB设计优化
作者 | Zhou Ming
双脉冲测试是评估IGBT等功率器件的动态参数的重要手段，关于双脉冲测试概述及机理介绍，请小伙伴们参考CST的Champion用户周蒙的文章：CST电磁电容性仿真---双脉冲3D仿真。
影响双脉冲结果的因素很多，除了器件自身的寄生参数外，PCB走线对结果影响也很大。在本案例中，我们推荐全3D的仿真方法，这种方法的优点是：
方法及流程简单、结果更准确；
通过后处理可以直接拿到杂散电感的值；
通过2D电磁场的结果，工程师可以直接看到表面电流的分布，为后续的PCB优化设计提供指导。
双脉冲仿真的3D 建模
双脉冲仿真需要完整的半桥电路，在3D环境下，我们需要创建以下模型：
直接从EDA接口导入PCB模型，功率回路部门要保持完整；
在上管的D、S级之间添加port，用于后续在电路中添加电感模型。
在3D求解时我们选择频域F-solver，为了提升低频段的仿真精度，建议在求解器中增加低频段的计算频点，如下图所示。
双脉冲仿真的电路模型
切换到CST的电路工作室，在这里我们需要创建以下模型：
添加IGBT器件的Spice模型；
添加D、S级之间的电感模型；
设置双脉冲激励信号；
设置关键路径上的Probe，监控电压和电流波形。
双脉冲波形仿真结果及杂散电感计算
下图是双脉冲波形的仿真结果，对应下管的电压和电流波形，可以看出Vds的电压过冲超过了20V。
下面是杂散电感的计算公式
从仿真结果中得到Us= 31.4V，di/dt通过CST后处理，对第二个脉冲的电流求导，di/dt=8。最终计算得到杂散电感Ls=3.9uH。
PCB设计优化
由于双脉冲结果不符合要求，需要对PCB走线进行优化。在优化PCB之前，我们可以通过surface current monitor对PCB环路的表面电流进行监控，红色 区域是表面电流比较集中的位置，也是PCB重点优化的区域，如下图所示。
优化前后的PCB对比，如下图所示。
我们先看下优化后PCB的双脉冲波形的仿真结果，可以看出Vds的电压过冲降低到4.8V，杂散电感Ls=2uH改善明显。
最后再看看优化后的PCB的表面电流分布吧，可以明显看出功率走线的表面电流强度明显降低。
