MOSFET开关管特性模型建立方法、装置、设备及介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了MOSFET开关管特性模型建立方法、装置、设备及介质，该方法包括：获取MOSFET开关管构建静动态模型所需的特性曲线及参数；根据MOSFET开关管在线性和饱和区间的I

【技术实现步骤摘要】
MOSFET开关管特性模型建立方法、装置、设备及介质


[0001]本专利技术属于电子器件特性建模
，尤其涉及MOSFET开关管特性模型建立方法、装置、设备及介质。

技术介绍

[0002]随着新能源发电产业的大力发展，风光场站均需通过逆变器与电网之间进行交互。为进一步提高逆变器性能，实现更高功率密度，作为逆变器重要组成部分的半导体开关管成为关注重点。
[0003]碳化硅MOSFET作为更高效、高功率密度的开关器件，其优越的性能拥有极大应用潜力。目前而言，建模和仿真是研究和分析MOSFET 开关管的常用方法，利用精确的模型可准确预测开关管的特性，为逆变器的拓扑设计、控制系统参数整定提供有力指导。
[0004]而目前的MOSFET建模方案存在以下不足：
[0005](1)传统建模方案采用等效电路模型的方式，等效后的简化电路虽可准确体现开关管的特性，但其本质仅为分析模型，不能运用于实际电路的仿真中。
[0006](2)MOSFET的动态特性主要取决于器件内部的寄生电容参数，寄生电容模型的精度将直接影响开关管模型在仿真中的动态表现，影响仿真准确度。现有的建模方案对于内部寄生电容的构建进行了不同程度的简化，故而对最终模型的可靠性有一定影响。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了MOSFET开关管特性模型建立方法、装置、设备及介质,构建可准确描述电力电子器件MOSFET开关特性的仿真模型，首先基于器件厂家提供的MOSFET 双脉冲试验结果数据手册，推导得出MOSFET的静态特性模型关键参数(阈值电压、跨导系数等)，建立MOSFET的静态特性数学模型。而后针对MOSFET内部存在的多个非线性寄生电容，通过双曲正切函数、分段非线性拟合的方式分别进行数学描述，构建更为精确的仿真数学模型，提高MOSFET分析模型的可靠性。
[0008]本专利技术目的通过下述技术方案来实现：
[0009]MOSFET开关管特性模型建立方法，所述方法包括：
[0010]获取MOSFET开关管构建静动态模型所需的特性曲线及参数；
[0011]根据MOSFET开关管在线性和饱和区间的I
d
数学模型，结合特性曲线饱和区间的数据联立求解出构建模型所需的制造参数K
n
和阈值电压V
th
；
[0012]构建MOSFET开关管的静态特性模型和动态特性模型，所述动态特性模型包括栅源极间电容特性数学模型、栅漏极间电容特性数学模型和漏源极间电容特性数学模型。
[0013]进一步的，所述构建静动态模型所需的特性曲线及参数包括输入特性曲线、输出特性曲线、转移特性曲线、MOSFET通道宽度W、MOSFET 通道长度L和沟道长度的相对变化量λ。
[0014]进一步的，所述根据MOSFET开关管在线性和饱和区间的I
d
数学模型，结合特性曲
线饱和区间的数据联立求解出构建模型所需的制造参数K
n
和阈值电压V
th
步骤具体包括：
[0015]判断MOSFET开关管的栅源电压V
gs
和阈值电压V
th
的大小，若 V
es
小于V
th
则MOSFET开关管不能导通，漏极电流I
d
为0；若V
es
大于 V
th
则MOSFET开关管正常导通，MOSFET开关管工作区间分为饱和区间和线性区间；
[0016]饱和区间表达式为：
[0017][0018]线性区间表达式为：
[0019][0020]其中，a是与MOSFET开关管基底相关的无量纲的制造参数，V
ds
为漏源电压；
[0021]在MOSFET开关管的输出特性曲线的饱和区间内任取两点a(V1，I1)和b(V2，I2)，将两点对应值带入饱和区间，再将饱和区间表达式与线性区间表达式联立获得制造参数K
n
和阈值电压V
th
。
[0022]进一步的，所述栅源极间电容特性数学模型通过双曲正切函数建立。
[0023]进一步的，所述栅源极间电容特性数学模型还通过分段处理，引入双曲正切整定系数，可根据不同MOSFET开关管的关断电压和阈值电压对整定系数进行修改。
[0024]进一步的，所述栅漏极间电容特性数学模型通过MOSFET开关管在开通过程中充电电荷与栅极电流之间的关系建立。
[0025]进一步的，所述漏源极间电容特性数学模型通过根据实际漏源电容值设定的多重拟合式替代二极管内置结电势建立。
[0026]另一方面，本专利技术还提供了一种MOSFET开关管特性模型建立装置，包括：
[0027]获取模块，用于获取MOSFET开关管构建静动态模型所需的特性曲线及参数；
[0028]计算模块，用于根据MOSFET开关管在线性和饱和区间的I
d
数学模型，结合特性曲线饱和区间的数据联立求解出构建模型所需的制造参数和阈值电压；
[0029]模型建立模块，用于构建MOSFET开关管的动态特性模型，所述动态特性模型包括栅源极间电容特性数学模型、栅漏极间电容特性数学模型和漏源极间电容特性数学模型。
[0030]可选地，获取模块获取的所述构建静动态模型所需的特性曲线及参数包括输入特性曲线、输出特性曲线、转移特性曲线、MOSFET通道宽度W、MOSFET通道长度L和沟道长度的相对变化量λ。
[0031]可选地，计算模块根据MOSFET开关管在线性和饱和区间的I
d
数学模型，结合特性曲线饱和区间的数据联立求解出构建模型所需的制造参数K
n
和阈值电压V
th
步骤具体包括：
[0032]判断MOSFET开关管的栅源电压V
gs
和阈值电压V
th
的大小，若 V
es
小于V
th
则MOSFET开关管不能导通，漏极电流I
d
为0；若V
es
大于 V
th
则MOSFET开关管正常导通，MOSFET开关管工作区间分为饱和区间和线性区间；
[0033]饱和区间表达式为：
[0034][0035]线性区间表达式为：
[0036][0037]其中，a是与MOSFET开关管基底相关的无量纲的制造参数，V
ds
为漏源电压；
[0038]在MOSFET开关管的输出特性曲线的饱和区间内任取两点a(V1，I1)和b(V2，I2)，将两点对应值带入饱和区间，再将饱和区间表达式与线性区间表达式联立获得制造参数K
n
和阈值电压V
th
。
[0039]可选地，模型建立模块通过双曲正切函数建立所述栅源极间电容特性数学模型。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.MOSFET开关管特性模型建立方法，其特征在于，所述方法包括：获取MOSFET开关管构建静动态模型所需的特性曲线及参数；根据MOSFET开关管在线性和饱和区间的I
d
数学模型，结合特性曲线饱和区间的数据联立求解出构建模型所需的制造参数K
n
和阈值电压V
th
；构建MOSFET开关管的静态特性模型和动态特性模型，所述动态特性模型包括栅源极间电容特性数学模型、栅漏极间电容特性数学模型和漏源极间电容特性数学模型。2.如权利要求1所述的MOSFET开关管特性模型建立方法，其特征在于，所述构建静动态模型所需的特性曲线及参数包括输入特性曲线、输出特性曲线、转移特性曲线、MOSFET通道宽度W、MOSFET通道长度L和沟道长度的相对变化量λ。3.如权利要求2所述的MOSFET开关管特性模型建立方法，其特征在于，所述根据MOSFET开关管在线性和饱和区间的I
d
数学模型，结合特性曲线饱和区间的数据联立求解出构建模型所需的制造参数K
n
和阈值电压V
th
步骤具体包括：判断MOSFET开关管的栅源电压V
gs
和阈值电压V
th
的大小，若V
es
小于V
th
则MOSFET开关管不能导通，漏极电流I
d
为0；若V
es
大于V
th
则MOSFET开关管正常导通，MOSFET开关管工作区间分为饱和区间和线性区间；饱和区间表达式为：线性区间表达式为：其中，a是与MOSFET开关管基底相关的无量纲的制造参数，V
ds
为漏源电压；在MOSFET开关管的输出特性曲线的饱和区间内任取两点a(V1，I1)和b(V2，I2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李寒江，刘育明，夏翰林，詹航，杨旼才，司萌，李登峰，李小菊，刘霜，张颖，
申请(专利权)人：国网重庆市电力公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：