基于SiCMOSFET器件特性行为模型的电磁兼容建模方法与流程

本技术实施例涉及电磁兼容建模，特别涉及一种基于sic mosfet器件特性行为模型的电磁兼容建模方法。

背景技术：

1、随着电力电子技术的迭代更新，电力电子设备和系统的集成规模越来越大，这对电力电子装置的性能要求不断提高。以sic mosfet（碳化硅半导体场效应晶体管）为代表的宽禁带功率半导体器件，作为新一代的功率开关器件，在电力电子装置中而得到了越来越广泛的应用。sic mosfet在电力电子装置中的开关速度非常快，电路开关节点的电压和电流具有很快的变化率，从而形成了高频电磁干扰噪声源，导致其在电力电子电路和系统中产生了严重的电磁兼容问题，这制约了sic mosfet的高频化应用。

2、对于业内现有的sic mosfet电路模型建模，主要是在硅功率器件模型上进行整改得到的。一方面，其未能反映sic mosfet的沟道电流特征，建模得到的sic mosfet模型也未能应用于电磁兼容建模、电磁兼容仿真中，模型的适用性不强；另一方面，传统模型需要大量的基本元器件，如电容、电阻和控制源等，模型过于复杂而且在变温情况下精确度较低。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的在于提供一种基于sic mosfet器件特性行为模型的电磁兼容建模方法，建模得到的模型复杂度低、精确度高、适用性强，能够适用于器件在变温下的电磁兼容仿真，且仿真耗时短、仿真效果良好。

2、为解决上述技术问题，本技术的实施例提供了一种基于sic mosfet器件特性行为模型的电磁兼容建模方法，包括以下步骤：以萨支唐三段式沟道电流方程为基础，引入跨导系数和沟道长度调制因子，分别建立所述跨导系数、所述沟道长度调制因子和所述萨支唐三段式沟道电流方程中的阈值电压的温度控制函数，得到sic mosfet沟道电流变温模型的模型方案；基于sic mosfet数据手册，利用1stopt软件对所述模型方案进行拟合编程，得到所述跨导系数、所述沟道长度调制因子和所述阈值电压的温度控制函数的表达式；基于所述模型方案，以及所述跨导系数、所述沟道长度调制因子和所述阈值电压的温度控制函数的表达式，利用cadence软件提供的abm器件函数编辑功能进行建模，得到所述sic mosfet沟道电流变温模型；利用所述cadence软件对所述sic mosfet沟道电流变温模型进行电磁兼容仿真，确定sic mosfet的电磁兼容特性。

3、本技术的实施例还提供了一种基于sic mosfet器件特性行为模型的电磁兼容建模系统，所述系统包括模型方案确定模块、存储模块、模型参数提取模块和模型实现模块和仿真模块；所述模型方案确定用于以萨支唐三段式沟道电流方程为基础，引入跨导系数和沟道长度调制因子，分别建立所述跨导系数、所述沟道长度调制因子和所述萨支唐三段式沟道电流方程中的阈值电压的温度控制函数，得到sic mosfet沟道电流变温模型的模型方案；所述模型参数提取模块用于基于sic mosfet数据手册，利用1stopt软件对所述模型方案进行拟合编程，得到所述跨导系数、所述沟道长度调制因子和所述阈值电压的温度控制函数的表达式；所述模型实现模块用于基于所述模型方案，以及所述跨导系数、所述沟道长度调制因子和所述阈值电压的温度控制函数的表达式，利用cadence软件提供的abm器件函数编辑功能进行建模，得到所述sic mosfet沟道电流变温模型；所述仿真模块用于利用所述cadence软件对所述sic mosfet沟道电流变温模型进行电磁兼容仿真，确定sic mosfet的电磁兼容特性。

4、本技术的实施例还提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器中存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的基于sic mosfet器件特性行为模型的电磁兼容建模方法。

5、本技术的实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于sic mosfet器件特性行为模型的电磁兼容建模方法。

6、本技术的实施例提供的基于sic mosfet器件特性行为模型的电磁兼容建模方法，以萨支唐三段式沟道电流方程为基础进行sic mosfet沟道电流变温模型的建模，在建模过程中引入了跨导系数和沟道长度调制因子，并对萨支唐三段式沟道电流方程中的阈值电压进行了修改，跨导系数、阈值电压和沟道长度调制因子均被定义为随温度变化的量，为sicmosfet沟道电流变温模型增设了温度参数，使其能够适用于变温条件下的电磁兼容仿真分析。在进行参数提取时，建模数据的基础来自于sic mosfet数据手册，建模数据易于获取而且不需要进行复杂的计算，参数提取由1stopt软件来实现，提取过程快速、简便。在模型实现过程中，利用cadence软件提供的abm器件函数编辑功能进行建模，各参数易于修改，搭建时不需要大量的基本元器件，模型架构简单、精确度高、实用性强，这使得对sic mosfet沟道电流变温模型进行电磁兼容仿真时，仿真耗时短、仿真效率高、仿真效果好。

7、在一些可选的实施例中，所述以萨支唐三段式沟道电流方程为基础，引入跨导系数和沟道长度调制因子，分别建立所述跨导系数、所述沟道长度调制因子和所述萨支唐三段式沟道电流方程中的阈值电压的温度控制函数，得到sic mosfet沟道电流变温模型的模型方案，包括：引入跨导系数对所述萨支唐三段式沟道电流方程中的载流子的迁移率、单位栅电容、沟道宽度和沟道长度进行整体描述；引入温度参数分别对所述跨导系数和所述萨支唐三段式沟道电流方程中的阈值电压进行二阶拟合处理，得到所述跨导系数的温度控制函数和所述阈值电压的温度控制函数；引入沟道长度调制因子调控所述sic mosfet的饱和工作区，并基于所述温度参数对所述沟道长度调制因子进行二阶拟合处理，得到所述沟道长度调制因子的温度控制函数；基于改进后的所述萨支唐三段式沟道电流方程、所述跨导系数的温度控制函数、所述阈值电压的温度控制函数、以及所述沟道长度调制因子的温度控制函数，得到sic mosfet沟道电流变温模型的模型方案。跨导系数的引入将萨支唐三段式沟道电流方程中的载流子的迁移率、单位栅电容、沟道宽度和沟道长度融合为了一个参数进行整体描述，对模型方案进行了合理简化，大大降低了模型方案的复杂度。考虑到沟道长度调制效应是影响sic mosfet饱和工作区的重要因素，故而引入沟道长度调制因子进行调控以体现沟道长度调制效应。引入温度参数对跨导系数、阈值电压和沟道长度调制因子进行二阶拟合处理，拟合后的三者随温度而变化，使得模型方案能够适用于变温条件下的电磁兼容仿真分析。

8、在一些可选的实施例中，所述sic mosfet沟道电流变温模型的模型方案，通过以下公式表示：

9、

10、

11、其中， id为沟道电流， vgs为栅极电压， vds为漏极电压， kp为所述跨导系数， μ为所述载流子的迁移率， cox为所述单位栅电容、 w为所述沟道宽度、 l为所述沟道长度， vth为所述阈值电压， k为所述沟道长度调制因子， t为所述温度参数， pkp1、 pkp2、 pkp3分别为所述跨导系数的温度控制函数中的第一拟合参数、第二拟合参数、第三拟合参数， pv1、 pv2、 pv3分别为所述阈值电压的温度控制函数中的第一拟合参数、第二拟合参数、第三拟合参数， pk1、 pk2、 pk3分别为所述沟道长度调制因子的温度控制函数中的第一拟合参数、第二拟合参数、第三拟合参数。

12、在一些可选的实施例中，所述基于sic mosfet数据手册，利用1stopt软件对所述模型方案进行拟合编程，得到所述跨导系数、所述沟道长度调制因子和所述阈值电压的温度控制函数的表达式，包括：从所述sic mosfet数据手册中获取转移特性曲线图，并基于所述转移特性曲线图，利用getdata软件，提取各预设温度下的转移特性曲线的数据；以所述各预设温度下的转移特性曲线的数据作为数据源，利用1stopt软件对所述模型方案进行拟合编程，得到各预设温度下的所述跨导系数的值、所述阈值电压的值和所述沟道长度调制因子的值；以所述温度参数为因变量，基于各预设温度下的所述跨导系数的值，利用matlab软件对所述跨导系数的温度控制函数进行拟合，确定所述跨导系数的温度控制函数中的第一拟合参数、第二拟合参数、第三拟合参数，得到所述跨导系数的温度控制函数的表达式；以所述温度参数为因变量，基于各预设温度下的所述阈值电压的值，利用matlab软件对所述阈值电压的温度控制函数进行拟合，确定所述阈值电压的温度控制函数中的第一拟合参数、第二拟合参数、第三拟合参数，得到所述阈值电压的温度控制函数的表达式；以所述温度参数为因变量，基于各预设温度下的所述沟道长度调制因子的值，利用matlab软件对所述沟道长度调制因子的温度控制函数进行拟合，确定所述沟道长度调制因子的温度控制函数中的第一拟合参数、第二拟合参数、第三拟合参数，得到所述沟道长度调制因子的温度控制函数的表达式。建模数据的获得与参数提取均无需通过复杂的实验和计算得到，只需查阅sic mosfet数据手册，并用getdata、1stopt、matlab等软件提取拟合即可快速得到。

13、在一些可选的实施例中，所述基于所述模型方案，以及所述跨导系数、所述沟道长度调制因子和所述阈值电压的温度控制函数的表达式，利用cadence软件提供的abm器件函数编辑功能进行建模，得到所述sic mosfet沟道电流变温模型，包括：分别基于所述跨导系数、所述沟道长度调制因子和所述阈值电压的温度控制函数的表达式，利用cadence软件提供的abm器件函数编辑功能，搭建所述跨导系数、所述沟道长度调制因子和所述阈值电压的温度控制子电路；基于所述模型方案，利用所述abm器件函数编辑功能，搭建线性工作区的输出子电路和饱和工作区的输出子电路；利用所述abm器件函数编辑功能中的压控电流源，搭建沟道电流输出子电路；对各子电路进行打包，得到所述sic mosfet沟道电流变温模型的仿真电路。本技术中，模型实现并非传统的基于大量基本元器件（如电容、电阻、电感等）实现的等效电路，而是基于cadence的abm器件实现的sic mosfet特性表达，并且最后通过子电路打包的方式得到仿真电路，模型实现简单、方便、省时。

14、在一些可选的实施例中，所述利用所述cadence软件对所述sic mosfet沟道电流变温模型进行电磁兼容仿真，确定sic mosfet的电磁兼容特性，包括：以所述温度参数为变量，在所述cadence软件中采用双脉冲测试电路对所述仿真电路进行电磁兼容仿真，分别在时域和频域上确定不同温度下sic mosfet的电磁兼容特性。电磁兼容仿真在cadence软件即可实现，能够快速且准确地在器件级层面探究变温条件下的sic mosfet电磁兼容特性。

15、在一些可选的实施例中，在所述得到所述sic mosfet沟道电流变温模型之后，所述方法还包括：在所述cadence软件中采用直流扫描的方式对所述仿真电路进行仿真，得到所述sic mosfet沟道电流变温模型的仿真转移特性曲线和仿真输出特性曲线；对所述仿真转移特性曲线和所述sic mosfet数据手册中提供的实际转移特性曲线进行比较，得到所述sic mosfet沟道电流变温模型的转移特性精确度；对所述仿真输出特性曲线和所述sicmosfet数据手册中提供的实际输出特性曲线进行比较，得到所述sic mosfet沟道电流变温模型的输出特性精确度。除了进行电磁兼容仿真之外，本技术还支持对sic mosfet沟道电流变温模型本身进行精确度等性能的建模，从而不断反哺模型方案，持续对sic mosfet沟道电流变温模型进行优化。