IGBT（绝缘栅双极晶体管）是功率电子领域的重要器件，尤其在混合动力车和电动汽车（HEV/EV）的功率逆变器系统中扮演关键角色。逆变器将电池中的直流电转换为电动机所需的交流电，而这一转换过程中，IGBT模块作为开关器件负责快速通断电流。IGBT模块通常封装在较大的外壳中，以便于散热，而在HEV/EV市场中，这些模块常以6个一组的方式安装在动力集成系统中。
功率逆变器系统要求高效率、高稳定性和高可靠性，IGBT因其高开关速度在该领域得到广泛应用。然而，高开关速度带来的传导辐射和辐射电磁场问题需要在设计阶段就得到充分考虑。传导辐射问题主要集中在30MHz以下的频率范围，可能导致电源完整性问题或能量反射波；辐射电磁场问题通常出现在30MHz以上的频率范围，可能干扰车上其他电子系统。
工程师在设计时必须遵守政府和国际车辆电磁辐射标准，同时处理电流品质、功耗和系统整体效率等电磁问题。传统的电路设计方法往往涉及大量粗略近似和简化假设，而忽略了基本物理机制的仿真可能导致不准确的结果。在性能要求未满足前，可能需要多次硬件样机测试和重新设计，这不仅增加了成本，还可能错失市场机会。
为了在开发早期预测电磁影响并设计出满足要求的系统，采用多物理域仿真方法变得至关重要。Ansoft公司开发的仿真工具，如Simplorer和HFSS，能够帮助工程师进行多物理域问题的仿真。Simplorer是一款能够集成电气、热、机械、磁和流体等多个物理领域的仿真器，它允许工程师创建系统仿真模型。Q3DExtractor是一个准静态电磁场求解器，用于计算频率变化的电阻、电感、电容和载流结构件中的电导参数。HFSS则是一款基于有限元的全波求解器，它用于提取寄生参数，并显示三维电磁场。
工程师通过参数化向导，从供应商提供的IGBT性能曲线和表格数据中生成半导体电路模型，这一步骤大约需要提取140个参数。然后，可以将功率变换器设计版图直接导入Q3DExtractor工具中，该工具计算导电通路的电阻、电感和电容，进而生成等效电路模型，用于Simplorer中的系统仿真。
电气完整性模型是IGBT模块与系统的仿真基础，它与Simplorer的结果一起可以用于传导辐射分析。此外，Simplorer的结果还可以作为HFSS全波电磁求解器的输入，以检验辐射发射情况，确保逆变器封装符合电磁辐射标准。通过这种方法，工程师可以在不制造任何硬件的情况下对设计进行参数化修改和假设分析，从而得到优化的设计结果。
多物理域仿真方法的价值在于它能够在制造硬件样机之前提供一种满足性能要求的设计，这不仅节省了时间和金钱，还能够使企业在市场竞争中设计出更优质的产品。
