[發明專利]非分段GaN HEMT模型的建立方法

有效

• 申請號: 201710216087.X
• 申請日: 2017-04-01
• 公開（公告）號: CN107103122B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 李虹;趙星冉;孫凱;張波;呂金虎;鄭瓊林;孫湖
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G06F30/3308
• 分類號: G06F30/3308
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張潤

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，特別涉及一種非分段GaN HEMT模型的建立方法。

背景技術

硅基電力電子器件由于其材料特性的限制，已經逐漸無法滿足如今電力電子領域對于半導體器件的高性能要求。基于此，以氮化鎵(GaN)為代表的寬禁帶半導體材料應運而生，相比硅(Si)器件，GaN有更高的帶寬、擊穿電壓和熱導率，這些優異的特性使得氮化鎵在高頻率和高功率密度方面有著顯著的優勢。氮化鎵高電子遷移率晶體管(GaN HEMT，GaN High Electron Mobility Transistor)作為最有發展前景的開關器件，目前已經有EPC、 Transphorm、GaN Systems等廠家生產制造。在電力電子電路設計和開發過程中，需要對電路中開關器件的靜態特性、動態特性以及功率損耗進行評估分析。同時半導體器件內部的寄生參數對電路的工作有很大影響，因此為了優化電路的設計過程，建立一個準確的GaN HEMT模型是非常必要的。

目前，針對于GaN HEMT進行的建模主要分為物理建模和等效電路建模。物理建模的優點在于模型比較準確，但是建模方法十分復雜，要求研究者對器件內部的物理結構十分了解，同時物理模型也不適用于電力電子電路仿真。相對于物理建模，等效電路建模方法在電力電子電路仿真中應用更為廣泛。等效電路建模中，一種方法是以傳統Si MOSFET結構為基礎的模型，這種模型的缺點在于沒有考慮GaN HEMT的反向導通特性。另外，GaN HEMT的特性曲線和工作原理與Si MOSFET不完全相同，只通過改變Si MOSFET內部的參數，沒有辦法得到準確的模型。另一種方法是直接使用數學方程對靜態溝道電流進行定義，這種方法建立的模型包含了正反向導通特性，但是相關技術中寄生電容擬合結果不理想。更重要的是，該模型在對靜態特性定義時使用了分段方程，這可能會導致將GaN HEMT 模型應用于電力電子電路仿真時出現不收斂的問題。

發明內容

本發明旨在至少解決上述技術問題之一。

為此，本發明的目的在于提出一種非分段GaN HEMT模型的建立方法，該方法能夠得到收斂性好和準確性高的非分段GaN HEMT模型，進而更好地應用于電力電子電路仿真，同時使得后續功率變換器的設計和分析更加便利和高效。

為了實現上述目的，本發明的實施例提出了一種非分段GaN HEMT模型的建立方法，包括以下步驟：獲取電壓控制電流源I_DS、柵漏電容C_GD、柵源電容C_GS和漏源電容C_DS；根據電壓控制電流源I_DS得到所述非分段GaN HEMT模型的靜態特性，并根據所述靜態特性建立非分段靜態特性模型；根據所述柵漏電容C_GD、柵源電容C_GS和漏源電容C_DS得到所述非分段GaN HEMT模型的動態特性，并根據所述動態特性建立非分段動態特性模型；根據所述非分段靜態特性模型和非分段動態特性模型得到所述非分段GaN HEMT模型。

另外，根據本發明上述實施例的非分段GaN HEMT模型的建立方法還可以具有如下附加的技術特征：

在一些示例中，所述電壓控制電流源I_DS由以柵源電壓V_GS為變量的轉移特性方程、以漏源電壓V_DS為變量的輸出特性方程和以溫度T為變量的溫度特性方程組成。

在一些示例中，所述轉移特性方程為：

其中，A₁、b₁和c₁是與轉移特性有關的待擬合參數。

在一些示例中，所述輸出特性方程為：

其中，A₂和A₃是與輸出特性有關的待擬合參數。

在一些示例中，正向導通時的所述電壓控制電流源I_DS方程：

其中，K₁、m₁、n₁、d₁和e₁是與柵源電壓V_GS有關的輸出特性待擬合參數。