IGBT器件级物理模型的FPGA设计与实现及在环验证

基于硬件在环(HIL)仿真，研究了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件级Hefner物理模型及其求解算法与优化方法，在现场可编程门阵列(FPGA)上设计并实现了Hefner优化模型，并基于PYNQ框架对其进行了在环验证。首先，分析并仿真了Hefner物理模型与其求解算法，提出并训练了一个前馈神经网络用以拟合模型中的一组非线性函数；接着，在FPGA上设计并验证了Hefner优化模型IP核，并使用基于PYNQ框架的FPGA在环验证方法对其进行了板级验证；最后，用IKW50N60H3和FGA25N120两种型号的IGBT器件对IP核进行了实例验证。结果表明，Hefner优化模型能准确地反映IGBT的开关瞬态特性；在Zynq 7020芯片的处理器系统(PS)端运行PYNQ框架，可编程逻辑(PL)端时钟频率为100 MHz时，实现60 000个时间步长的时间为212 s,是软件运行同样次数所用时间(341 s)的62%,FPGA加速明显。