[發明專利]一種MOSFET器件本征特性參數的描述模型及參數辨識方法

有效

• 申請號: 202011104826.4
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112232008B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 陳曦;黃億;席磊
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G06F30/367
• 分類號: G06F30/367
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 吳思高

一種MOSFET器件本征特性參數的描述模型及參數辨識方法，該描述模型為對PN結結電容偏置電壓的分數階模型該描述模型的參數辨識方法是一種基于差分進化算法的分數階多目標離線參數辨識方法，該方法包含以下步驟：1)根據某種型號MOSFET的數據手冊獲得結電容容值隨偏置電壓變化的數據；2)根據分數階模型得到的結電容隨偏置電壓關系；3)將分數階模型C_E與數據手冊中對應容值的平均絕對百分比誤差作為基于差分進化的參數辨識方法的目標函數進行數據擬合。本發明所提描述模型能夠準確地描述MOSFET器件本征特性參數PN結結電容隨偏置電壓變化曲線，從而能夠為含有該類元件的電路系統設計與可靠性分析提供參考依據。

技術領域

本發明涉及功率半導體元件本征特性的建模與參數辨識領域，具體涉及一種MOSFET器件本征特性參數的描述模型及參數辨識方法。

背景技術

近年來功率半導體的發展極為迅速，現有的電力電子器件中，MOSFET具有驅動簡單、開關速度快、制作較為便宜等特點因而應用廣泛。SiC材料問世以后，隨著工藝制作水平的發展，SiC MOSFET擁有更高的耐壓水平、更快的導通關斷速度以及更好的耐熱能力。在電力電子器件生產過程中，比如MOSFET開關管的參數特性受制造工藝、工作環境的影響，易發生參數漂移現象，給系統引入一些寄生參數，這些參數的非線性直接影響了元件的動態特性，故而非線性問題是研究系統穩定性問題有十分重要的意義，需要仔細考慮非線性特性的影響。

MOSFET的非線性特性主要有柵漏電容C_gd和漏源電容C_ds決定，這兩個寄生電容中柵漏電容C_gd具有最強的非線性，可達到2個數量級的變化，對于元件的開關速度、導通時的米勒平臺現象、導通關斷時出現的震蕩現象都與此有關，是MOSFET模型構建的關鍵。其寄生電容由氧化層電容與耗盡層電容并聯而成，對于氧化層電容不受偏置電壓影響，耗盡層電容受偏置電壓影響，如圖1所示，從圖1中可看出耗盡層電容與加在兩端的電壓有很強的跟隨關系。

基于上述情況，目前有多種MOSFET的寄生電容的電路模型被提出：

第一種方式：直接選取一個線性等效值進行代替，參考文獻1“Daniel Costinett,Hien Nguyen,Regan Zane,等.GaN-FET based dual active bridge DC-DC converter[J].2011.”。但是并沒有給出這一線性化的理論依據，因此帶來的問題是，理論和實際會存在較大的誤差，嚴重影響分析結果。

第二種方式：利用離散取值法，將非線性寄生電容取為兩個離散的值，參考文獻2“NedMohan,Undeland T,Robbins W.Power electronics:converters,applications,anddesign[M],3nd ed.New York:Wiley,2003.”；參考文獻3“柯俊吉,趙志斌,謝宗奎,等.考慮寄生參數影響的碳化硅MOSFET開關暫態分析模型[J].電工技術學報,2018,v.33(08):104-116.”；參考文獻4“Costinett D,Maksimovic D,Zane R.Circuit-Oriented Treatment ofNonlinear Capacitances in Switched-Mode Power Supplies[J].Power Electronics,IEEE Transactions on,2015,30(2):985-995.”；參考文獻5“朱義誠,趙爭鳴,王旭東,等.SiC MOSFET與SiC SBD換流單元瞬態模型[J].電工技術學報,2017(12).”)。這種方法既可以在一定程度上能反映非線性電容的影響，同時也能顯著降低方程的復雜度，但是不能很好地反映MOSFET動態特性如開通關斷時出現的震蕩、米勒平臺等現象。