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S2 · 仿真

母排焦耳热仿真

L1 半桥 P 层、AC 连接片与 N 层的直流导电与稳态导热

导体最高温度 Tmax

114.6°C

热点: AC 连接片 · 温升 44.6 K

焦耳损耗
10.24W
等效电阻
0.256mΩ
探索参数
默认工况下 P 层、AC 连接片与 N 层的温度场静态预览
温度°C
70.0114.6

FEM 代理场(POD 重建)在显示格点上插值。

几何 1:1;剖面为叠层平板下方的水平截面,露出 AC 连接片与 N 立柱带。

拖动 / 方向键旋转 · 滚轮 / +/- 缩放 · Home 复位 · 点击选择导体单指旋转 · 双指缩放 · 点按选择导体

损耗构成

10.24 W

探索参数

电流为直流或低频有效值;T_sub 为焊接引脚处衬板温度,同时作为对流参考温度。

200
50A400
70
40°C100

电流路径

拓扑与当前开关状态同步

DC+P 层DC−N 层ACACSHSL

DC+ → P 层 → S_H → AC 连接片 → AC

AC → AC 连接片 → 衬板 2 → S_L → N 层 → DC−

不计算 P→N 直通(短路)工况。

I / (b·t) = 83.3 A/mm²

边界条件与假设

  • 电:端子螺栓垫圈面为电流注入等电位面;导通开关一侧的焊接引脚或源极夹片接触面为回流等电位面;其余表面电绝缘。
  • 热:全部焊接引脚与夹片接触面取 T = T_sub;其余外露表面对流 h,参考温度 T∞ = T_sub;端子外接电缆导热不计。
  • 三段导体分别求解,彼此之间经绝缘膜与空气的导热不计;芯片不计损耗,故夹片接触面亦取 T_sub。
  • 几何读取 L1 参数文件;t 增大时各层按 L1 层间间隙依次上移。
R = R_g(t, b) / σP = I² RT − T_sub = I² R_g² Θ(t, b, h/k) / (σ k)

R_g 与 Θ 由 FEM 训练的代理模型给出;电流、σ 与 k 按常物性精确缩放。

导体说明

P 层P layer

作用
把 DC+ 端子的电流分配到上桥臂衬板的漏极铜区。
特点
与 N 层隔绝缘膜叠放,形成低电感叠层母排;经馈电脚和立柱焊接到衬板 1。
常用材料
无氧铜或电解铜板,表面镀镍或镀锡

AC 连接片AC link

作用
连接上桥臂源极、下桥臂漏极与 AC 端子,构成半桥中点。
特点
收集条压在四个上桥臂源极夹片上,窄桥接带跨到衬板 2 的漏极铜区;两种开关状态下都通过负载电流。
常用材料
铜带或铜合金冲压件,表面镀镍

N 层N layer

作用
把下桥臂源极电流汇集后引回 DC− 端子。
特点
收集条经立柱带绕过 P 层边缘上升,返回到叠层上层平板。
常用材料
无氧铜或电解铜板,表面镀镍或镀锡

FEM 训练的代理模型

离线自写有限元(三线性六面体):先解电势场,再以焦耳热为源解稳态导热,顺序耦合。按几何(t、b)与 h/k 抽样训练高斯过程代理与 POD 场模型;浏览器只做代理求值。

不含芯片损耗、趋肤与邻近效应、电阻率温度系数和辐射。参数化示意模型,几何经简化;结果为教学用估算,不是器件额定值。

验证状态

解析对照:直条导体 R = ρL/A 与一维导热温升误差均 < 0.4%。网格收敛(三级逐次加密):生产网格相对外推参考值,电阻偏差 ≤ 1.5%,最高温升 ≤ 1.2%。代理独立测试(60 例):最高温升平均 / 最大误差 0.12% / 1.7%,等效电阻 0.02% / 0.07%;按几何分组 5 折交叉验证最高温升平均 / 95 分位 0.24% / 1.3%,最大 13.8% 出现在留出 (t, b) 角点时的外推。尚无实验验证。