碳化硅MOSFET建模方法技术

本发明专利技术提供一种碳化硅MOSFET建模方法，包括以下步骤：建立所述碳化硅MOSFET的静态特性模型；建立所述碳化硅MOSFET的动态特性模型；获取所述碳化硅MOSFET的静态特性数据点；获取所述碳化硅MOSFET的动态特性数据点；通过遗传算法，将所述静态特性数据点利用所述静态特性模型进行拟合，将所述动态特性数据点利用所述动态特性模型进行拟合，得到最优化的静态特性模型参数和动态特性模型参数。本发明专利技术能够快速建立起碳化硅MOSFET模型，模型简单、精确度高，从而利于方便、准确地评估电机驱动系统等的性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
碳化硅MOSFET建模方法


[0001]本专利技术涉及功率器件
，具体涉及一种碳化硅MOSFET建模方法。

技术介绍

[0002]在航空航天、轨道交通、电动汽车、电力系统和工业产出等领域内，电机驱动系统作为一种电能与机械能转化的装置，被广泛应用于上述领域，而电机驱动系统的核心是以IGBT与MOSFET为代表的硅基功率开关器件。然而，硅材料本身的物理特性与性能已达到极限，难以满足当前部分行业的需求。碳化硅MOSFET以其高功率、高临界击穿场强、高禁带宽度等优异特性受到广泛关注与应用，用以代替传统硅基MOSFET。在系统开发初期，建立碳化硅MOSFET静态与动态特性模型，有利于评估设计性能与系统的电磁兼容性能，以尽早完善，减小成本。
[0003]目前碳化硅MOSFET的建模主要有数值法、物理法、电路法等方法，数值模型、物理模型需要半导体物理基础，求解复杂；电路模型基于SPICE等软件，部分参数获取受限或测量复杂。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决上述技术问题，提供了一种碳化硅MOSFET建模方法，能够快速建立起碳化硅MOSFET模型，模型简单、精确度高，从而利于方便、准确地评估电机驱动系统等的性能。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种碳化硅MOSFET建模方法，包括以下步骤：建立所述碳化硅MOSFET的静态特性模型；建立所述碳化硅MOSFET的动态特性模型；获取所述碳化硅MOSFET的静态特性数据点；获取所述碳化硅MOSFET的动态特性数据点；通过遗传算法，将所述静态特性数据点利用所述静态特性模型进行拟合，将所述动态特性数据点利用所述动态特性模型进行拟合，得到最优化的静态特性模型参数和动态特性模型参数。
[0007]基于改进的EKV模型公式描述所述碳化硅MOSFET的静态特性，所述静态特性模型为：
[0008][0009]其中，I
d
为漏极电流，V
gs
为栅源极电压，V
ds
为漏源极电压，h1～h7为所述静态特性模型的参数，h1描述跨导斜率，h2、h7描述V
gs
系数，h3描述阈值电压，h4为指数项，h5描述饱和系数，h6描述V
ds
系数。
[0010]基于寄生非线性电容的拟合公式描述所述碳化硅MOSFET的动态特性，所述动态特性模型为：
[0011][0012]其中，C为寄生非线性电容的容值，p0～p3为所述动态特性模型的参数。
[0013]所述碳化硅MOSFET的静态特性包括转移特性和输出特性，其中，在预设温度下所述碳化硅MOSFET的转移特性曲线与多条输出特性曲线中，在每条曲线上均匀间距取多个点，组成[I
d
,V
ds
,V
gs
]数据矩阵，作为所述静态特性数据点。
[0014]其中，在预设温度下所述碳化硅MOSFET的寄生非线性电容的三条曲线中，在每条曲线上均匀间距取多个点，作为所述动态特性数据点。
[0015]最优化的静态特性模型参数和动态特性模型参数分别为最优化的静态特性模型的系数矩阵[h1,h2,h3,h4,h5,h6,h7]和最优化的动态特性模型的系数矩阵[p0,p1,p2,p3]，所述遗传算法的目标函数为：
[0016][0017]其中，S为所述静态特性模型或所述动态特性模型的残差平方和，f为所述静态特性模型或所述动态特性模型的公式，β为f中待求的系数矩阵，x和y为实际数据值矩阵，f(x；β)为拟合模型预测值矩阵。
[0018]所述遗传算法的步骤包括：初始化参数、计算适应度、选择操作、交叉操作、变异操作、判断收敛。
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020]本专利技术通过分别建立静态特性模型和动态特性模型，并获取静态特性数据点和动态特性数据点，以及通过遗传算法拟合出最优化的静态特性模型参数和动态特性模型参数，由此，能够快速建立起碳化硅MOSFET模型，模型简单、精确度高，从而利于方便、准确地评估电机驱动系统等的性能。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例的碳化硅MOSFET建模方法的流程图；
[0022]图2为本专利技术一个实施例的碳化硅MOSFET的转移特性曲线示意图；
[0023]图3为本专利技术一个实施例的碳化硅MOSFET的输出特性曲线示意图；
[0024]图4为本专利技术一个实施例的碳化硅MOSFET的寄生非线性电容变化曲线示意图；
[0025]图5为本专利技术一个实施例的碳化硅MOSFET的转移特性建模结果示意图；
[0026]图6为本专利技术一个实施例的碳化硅MOSFET的输出特性建模结果示意图；
[0027]图7为本专利技术一个实施例的碳化硅MOSFET的动态特性建模结果示意图；
[0028]图8为本专利技术一个实施例的双脉冲测试电路原理图；
[0029]图9为本专利技术一个实施例的漏极电流的波形图；
[0030]图10为本专利技术一个实施例的漏源极电压的波形图。
具体实施方式
[0031]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]如图1所示，本专利技术实施例的碳化硅MOSFET建模方法包括以下步骤：
[0033]S1，建立碳化硅MOSFET的静态特性模型。
[0034]在本专利技术的一个实施例中，可基于改进的EKV模型公式描述碳化硅MOSFET的静态特性，静态特性模型为：
[0035][0036]其中，I
d
为漏极电流，V
gs
为栅源极电压，V
ds
为漏源极电压，h1～h7为静态特性模型的参数，h1描述跨导斜率，h2、h7描述V
gs
系数，h3描述阈值电压，h4为指数项，h5描述饱和系数，h6描述V
ds
系数。
[0037]S2，建立碳化硅MOSFET的动态特性模型。
[0038]碳化硅MOSFET的寄生非线性电容值会随着两端电压变化而变化，因此，在本专利技术的一个实施例中，可基于寄生非线性电容的拟合公式描述碳化硅MOSFET的动态特性，动态特性模型为：
[0039][0040]其中，C为寄生非线性电容的容值，p0～p3为动态特性模型的参数。
[0041]S3，获取碳化硅MOSFET的静态特性数据点。
[0042]其中，碳化硅MOSFET的静态特性包括转移特性和输出特性。以型号为C2M0080120D的碳化硅MOSFET为例，其转移特性曲线和输出特性曲线分别如图2和图3所示。
[0043]在本专利技术的一个实施例中，可利用碳化硅MOSFET的技术手册，来提取其静态特性数据点。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅MOSFET建模方法，其特征在于，包括以下步骤：建立所述碳化硅MOSFET的静态特性模型；建立所述碳化硅MOSFET的动态特性模型；获取所述碳化硅MOSFET的静态特性数据点；获取所述碳化硅MOSFET的动态特性数据点；通过遗传算法，将所述静态特性数据点利用所述静态特性模型进行拟合，将所述动态特性数据点利用所述动态特性模型进行拟合，得到最优化的静态特性模型参数和动态特性模型参数。2.根据权利要求1所述的碳化硅MOSFET建模方法，其特征在于，基于改进的EKV模型公式描述所述碳化硅MOSFET的静态特性，所述静态特性模型为：其中，I
d
为漏极电流，V
gs
为栅源极电压，V
ds
为漏源极电压，h1～h7为所述静态特性模型的参数，h1描述跨导斜率，h2、h7描述V
gs
系数，h3描述阈值电压，h4为指数项，h5描述饱和系数，h6描述V
ds
系数。3.根据权利要求2所述的碳化硅MOSFET建模方法，其特征在于，基于寄生非线性电容的拟合公式描述所述碳化硅MOSFET的动态特性，所述动态特性模型为：其中，C为寄生非线性电容的容值，p0～p3为所述动态特性模型的参数。4.根据权利要求3所述的碳化硅MOS...

【专利技术属性】
技术研发人员：史如新，嵇建飞，许霖，刘晓康，苏佳华，庞福滨，张弛，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：