[发明专利]一种MOSFET器件本征特性参数的描述模型及参数辨识方法

说明书

一种MOSFET器件本征特性参数的描述模型及参数辨识方法，该描述模型为对PN结结电容偏置电压的分数阶模型该描述模型的参数辨识方法是一种基于差分进化算法的分数阶多目标离线参数辨识方法，该方法包含以下步骤：1)根据某种型号MOSFET的数据手册获得结电容容值随偏置电压变化的数据；2)根据分数阶模型得到的结电容随偏置电压关系；3)将分数阶模型C_E与数据手册中对应容值的平均绝对百分比误差作为基于差分进化的参数辨识方法的目标函数进行数据拟合。本发明所提描述模型能够准确地描述MOSFET器件本征特性参数PN结结电容随偏置电压变化曲线，从而能够为含有该类元件的电路系统设计与可靠性分析提供参考依据。

技术领域

本发明涉及功率半导体元件本征特性的建模与参数辨识领域，具体涉及一种MOSFET器件本征特性参数的描述模型及参数辨识方法。

背景技术

近年来功率半导体的发展极为迅速，现有的电力电子器件中，MOSFET具有驱动简单、开关速度快、制作较为便宜等特点因而应用广泛。SiC材料问世以后，随着工艺制作水平的发展，SiC MOSFET拥有更高的耐压水平、更快的导通关断速度以及更好的耐热能力。在电力电子器件生产过程中，比如MOSFET开关管的参数特性受制造工艺、工作环境的影响，易发生参数漂移现象，给系统引入一些寄生参数，这些参数的非线性直接影响了元件的动态特性，故而非线性问题是研究系统稳定性问题有十分重要的意义，需要仔细考虑非线性特性的影响。

MOSFET的非线性特性主要有栅漏电容C_gd和漏源电容C_ds决定，这两个寄生电容中栅漏电容C_gd具有最强的非线性，可达到2个数量级的变化，对于元件的开关速度、导通时的米勒平台现象、导通关断时出现的震荡现象都与此有关，是MOSFET模型构建的关键。其寄生电容由氧化层电容与耗尽层电容并联而成，对于氧化层电容不受偏置电压影响，耗尽层电容受偏置电压影响，如图1所示，从图1中可看出耗尽层电容与加在两端的电压有很强的跟随关系。

基于上述情况，目前有多种MOSFET的寄生电容的电路模型被提出：

第一种方式：直接选取一个线性等效值进行代替，参考文献1“Daniel Costinett,Hien Nguyen,Regan Zane,等.GaN-FET based dual active bridge DC-DC converter[J].2011.”。但是并没有给出这一线性化的理论依据，因此带来的问题是，理论和实际会存在较大的误差，严重影响分析结果。

第二种方式：利用离散取值法，将非线性寄生电容取为两个离散的值，参考文献2“NedMohan,Undeland T,Robbins W.Power electronics:converters,applications,anddesign[M],3nd ed.New York:Wiley,2003.”；参考文献3“柯俊吉,赵志斌,谢宗奎,等.考虑寄生参数影响的碳化硅MOSFET开关暂态分析模型[J].电工技术学报,2018,v.33(08):104-116.”；参考文献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.”；参考文献5“朱义诚,赵争鸣,王旭东,等.SiC MOSFET与SiC SBD换流单元瞬态模型[J].电工技术学报,2017(12).”)。这种方法既可以在一定程度上能反映非线性电容的影响，同时也能显著降低方程的复杂度，但是不能很好地反映MOSFET动态特性如开通关断时出现的震荡、米勒平台等现象。