CN117473919A - 基于SiC MOSFET器件特性行为模型的电磁兼容建模方法 - Google Patents
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Abstract
本申请的实施例涉及电磁兼容建模技术领域，公开了一种基于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，分别建立跨导系数、沟道长度调制因子和阈值电压的温度控制函数，得到模型方案；基于数据手册对模型方案进行拟合编程，得到跨导系数、沟道长度调制因子和阈值电压的表达式；基于模型方案，以及跨导系数、沟道长度调制因子和阈值电压的表达式进行建模，得到SiC MOSFET沟道电流变温模型；对该模型进行电磁兼容仿真，确定SiC MOSFET的电磁兼容特性，得到的模型复杂度低、精确度高、适用性强，能很好地适用于变温电磁兼容仿真。
Description
技术领域
本申请实施例涉及电磁兼容建模技术领域，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
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。
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。
发明内容
本申请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。
为解决上述技术问题，本申请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。
本申请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。
本申请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。
本申请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。
本申请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。
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。
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：
其中，I d为沟道电流，V gs为栅极电压，V ds为漏极电压，KP为所述跨导系数，μ为所述载流子的迁移率，C ox为所述单位栅电容、W为所述沟道宽度、L为所述沟道长度，V th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，p KP1、p KP2、p KP3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，p V1、p V2、p V3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，p k1、p k2、p k3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。
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。
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。本申请中，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。
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。
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，本申请还支持对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。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定。
图1是本申请的一个实施例中提供的，基于SiC MOSFET器件特性行为模型的电磁兼容建模方法的流程图；
图2是本申请的一个实施例中提供的，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，分别建立跨导系数、沟道长度调制因子和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的流程图；
图3是本申请的一个实施例中提供的，基于SiC MOSFET数据手册，利用1stOpt软件对模型方案进行拟合编程，得到跨导系数、沟道长度调制因子和阈值电压的温度控制函数的表达式的流程图；
图4是本申请的一个实施例中提供的，基于所述模型方案，以及跨导系数、沟道长度调制因子和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SiC MOSFET沟道电流变温模型的流程图；
图5是本申请的一个实施例中提供的，跨导系数的温度控制子电路、沟道长度调制因子的温度控制子电路和阈值电压的温度控制子电路的示意图；
图6是本申请的一个实施例中提供的，线性工作区的输出子电路和饱和工作区的输出子电路的示意图；
图7是本申请的一个实施例中提供的，沟道电流输出子电路的示意图；
图8是本申请的一个实施例中提供的，25℃、75℃和150℃下的电磁兼容仿真结果图；
图9是本申请的一个实施例中提供的，对SiC MOSFET沟道电流变温模型进行精确度性能仿真的流程图；
图10是本申请的一个实施例中提供的，25℃和150℃下的转移特性仿真结果图；
图11是本申请的一个实施例中提供的，8V、10V和12V下的输出特性仿真结果图；
图12是本申请的另一个实施例提供基于SiC MOSFET器件特性行为模型的电磁兼容建模系统的示意图；
图13是本申请的另一个实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本申请的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
本申请的一个实施例提出了一种基于SiC MOSFET器件特性行为模型的电磁兼容建模方法，应用于电子设备，其中，电子设备可以为终端或服务器，本实施例以及以下各个实施例中电子设备以服务器为例进行说明。下面对本实施例提出的基于SiC MOSFET器件特性行为模型的电磁兼容建模方法的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。
本实施例提出的基于SiC MOSFET器件特性行为模型的电磁兼容建模方法的具体流程可以如图1所示，包括：
步骤101，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，分别建立跨导系数、沟道长度调制因子和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。
在具体实现中，服务器首先需要确定模型方案，模型方案为SiC MOSFET沟道电流变温模型的模型方案，该模型方案以萨支唐三段式沟道电流方程为基础，引入了跨导系数和沟道长度调制因子两个参数，对萨支唐三段式沟道电流方程中的阈值电压参数进行了调整，分别建立跨导系数、沟道长度调制因子和阈值电压的温度控制函数，使得跨导系数、阈值电压和沟道长度调制因子这三个参数均定义为随温度的变化而变化的参数（即受温度变化影响的参数）。经过上述修改后的萨支唐三段式沟道电流方程，即到SiC MOSFET沟道电流变温模型的模型方案。
在一个例子中，服务器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，分别建立跨导系数、沟道长度调制因子和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，可以通过如图2所示的各步骤实现，具体包括：
步骤1011，引入跨导系数对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。
在具体实现中，原始的萨支唐三段式沟道电流方程，可以通过公式表示为：
式中，I d为沟道电流，V gs为栅极电压，V ds为漏极电压，μ为载流子的迁移率，C ox为单位栅电容、W为沟道宽度、L为沟道长度，V th为阈值电压。对于模型方案的确定，首先将一些复杂的物理参数进行整体描述，即引入跨导系数KP，对载流子的迁移率μ、单位栅电容μ、沟道宽度W和沟道长度L进行整体描述，KP=μC ox W/2L，引入跨导系数KP后的萨支唐三段式沟道电流方程，可以通过公式表示为：
跨导系数KP的引入，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。
步骤1012，引入温度参数分别对跨导系数和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，得到跨导系数的温度控制函数和阈值电压的温度控制函数。
在具体实现中，引入跨导系数KP后的萨支唐三段式沟道电流方程中，跨导系数KP和阈值电压V th还不受温度影响，这是引入温度参数T分别对跨导系数KP和阈值电压V th进行二阶拟合处理，得到跨导系数KP的温度控制函数和阈值电压V th的温度控制函数，修正二者不随温度变化的问题。
跨导系数KP的温度控制函数可以表示为：
式中，p KP1、p KP2、p KP3分别为跨导系数KP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。
阈值电压V th的温度控制函数可以表示为：
式中，p V1、p V2、p V3分别为阈值电压V th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。
步骤1013，引入沟道长度调制因子调控SiC MOSFET的饱和工作区，并基于温度参数对沟道长度调制因子进行二阶拟合处理，得到沟道长度调制因子的温度控制函数。
在具体实现中，沟道长度调制效应是影响SiC MOSFET饱和工作区的重要因素，因此服务器以引入跨导系数KP后的萨支唐三段式沟道电流方程为基础，再引入沟道长度调制因子k来调控SiC MOSFET的饱和工作区，从而体现沟道长度调制效应。引入沟道长度调制因子k后的萨支唐三段式沟道电流方程，可以通过公式表示为：
从上式中可以看出，沟道长度调制因子k与漏极电压V ds共同发挥作用。
同样地，沟道长度调制因子k也需要修正不随温度变化的问题，服务器基于温度参数T对沟道长度调制因子k进行二阶拟合处理，得到沟道长度调制因子k的温度控制函数。
沟道长度调制因子k的温度控制函数可以表示为：
式中，p k1、p k2、p k3分别为沟道长度调制因子k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。
步骤1014，基于改进后的萨支唐三段式沟道电流方程、跨导系数的温度控制函数、阈值电压的温度控制函数、以及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。
在具体实现中，服务器将改进后的萨支唐三段式沟道电流方程，结合跨导系数KP、阈值电压V th和沟道长度调制因子k的温度控制函数，组合得到SiC MOSFET沟道电流变温模型的模型方案，该模型方案可以通过公式表示为：
该模型方案中的跨导系数KP、阈值电压V th和沟道长度调制因子k均受温度变化影响，故而能够很好地适用于变温条件下的电磁兼容仿真分析。
步骤102，基于SiC MOSFET数据手册，利用1stOpt软件对模型方案进行拟合编程，得到跨导系数、沟道长度调制因子和阈值电压的温度控制函数的表达式。
在具体实现中，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，服务器基于SiC MOSFET数据手册，利用1stOpt软件来进行参数提取，即对模型方案进行拟合编程，得到跨导系数、沟道长度调制因子和阈值电压的温度控制函数的表达式。
在一个例子中，服务器基于SiC MOSFET数据手册，利用1stOpt软件对模型方案进行拟合编程，得到跨导系数、沟道长度调制因子和阈值电压的温度控制函数的表达式，可以通过如图3所示的各步骤实现，具体包括：
步骤1021，从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。
在具体实现中，SiC MOSFET数据手册中记载了SiC MOSFET的转移特性数据、输出特性数据、体二极管伏安特性数据、寄生电容特性数据等建模数据。服务器在进行模型方案的参数提取时，首先需要从SiC MOSFET数据手册中获取转移特性曲线图，转移特性曲线图中记载了不同温度下的SiC MOSFET的转移特性，服务器基于所述转移特性曲线图，利用GetData软件，提取出各预设温度下的转移特性曲线的数据。GetData软件是一种安装、操作便捷的数据提取软件，使用GetData软件可以快速、准确地从转移特性曲线图中提取出各预设温度下的转移特性曲线的数据。
在一个例子中，预设温度可以包括25℃、75℃和150℃。
步骤1022，以各预设温度下的转移特性曲线的数据作为数据源，利用1stOpt软件对模型方案进行拟合编程，得到各预设温度下的跨导系数的值、阈值电压的值和沟道长度调制因子的值。
在具体实现中，服务器在利用GetData软件提取出各预设温度下的转移特性曲线的数据之后，可以分别将各预设温度下的转移特性曲线的数据作为数据源，利用1stOpt软件对模型方案进行拟合编程，得到各预设温度下的跨导系数的值、阈值电压的值和沟道长度调制因子的值。1stOpt软件是一套数学优化分析综合工具软件，其在非线性回归，曲线拟合，非线性复杂工程模型参数估算求解等方面有这强大的性能，使用1stOpt软件对模型方案进行拟合编程，可以快速地得到各预设温度下的跨导系数KP的值、阈值电压V th的值和沟道长度调制因子k的值。
在一个例子中，使用1stOpt软件对模型方案进行拟合编程的代码如下：
“Title "KP_Vth_k";
Parameters Vth,kp,k;
Variable Vgs,Id;
constant Vds=10;
Function
Id=IF((Vgs<Vth),0,IF(Vgs-Vth)>Vds,kp*(2*(Vgs-Vth)*Vds-Vds*Vds),kp*(Vgs-Vth)*(Vgs-Vth) +k*Vds));
data;”。
步骤1023，以温度参数为因变量，基于各预设温度下的跨导系数的值，利用Matlab软件对跨导系数的温度控制函数进行拟合，确定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，得到跨导系数的温度控制函数的表达式。
步骤1024，以温度参数为因变量，基于各预设温度下的阈值电压的值，利用Matlab软件对阈值电压的温度控制函数进行拟合，确定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，得到阈值电压的温度控制函数的表达式。
步骤1025，以温度参数为因变量，基于各预设温度下的沟道长度调制因子的值，利用Matlab软件对沟道长度调制因子的温度控制函数进行拟合，确定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，得到沟道长度调制因子的温度控制函数的表达式。
在具体实现中，服务器确定各预设温度下的跨导系数KP的值、阈值电压V th的值和沟道长度调制因子k的值后，随即以温度参数T为因变量，分别基于各预设温度下的跨导系数KP的值、阈值电压V th的值和沟道长度调制因子k的值，用Matlab软件对跨导系数KP的温度控制函数、阈值电压V th的温度控制函数和沟道长度调制因子k的温度控制函数进行拟合，依次确定跨导系数KP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，阈值电压V th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，以及沟道长度调制因子k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，得到跨导系数KP的温度控制函数的表达式、阈值电压V th的温度控制函数的表达式和沟道长度调制因子k的温度控制函数的表达式。
在一个例子中，确定出的SiC MOSFET沟道电流模型的公式拟合参数如表1所示。
表1：SiC MOSFET沟道电流模型的公式拟合参数
步骤103，基于所述模型方案，以及跨导系数、沟道长度调制因子和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SiCMOSFET沟道电流变温模型。
在具体实现中，服务器完成模型方案的确定和模型参数的提取之后，即可进行模型的实现。在模型实现过程中，服务器基于所述模型方案，以及跨导系数、沟道长度调制因子和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SiC MOSFET沟道电流变温模型。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。
在一个例子中，服务器基于所述模型方案，以及跨导系数、沟道长度调制因子和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SiC MOSFET沟道电流变温模型，可以通过如图4所示的各步骤实现，具体包括：
步骤1031，分别基于跨导系数、沟道长度调制因子和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，搭建跨导系数、沟道长度调制因子和阈值电压的温度控制子电路。
在具体实现中，Cadence软件是一个大型的EDA软件，其在仿真、电路图设计、自动布局布线、版图设计及验证等方面具有强大的功能，ABM器件函数编辑功能通过调用数学函数及查表方式灵活描述电子器件的功能，从而使得模型实现过程（建模过程）无需使用大量基本元器件（如电容、电阻、电感等）。SiC MOSFET沟道电流变温模型的仿真电路由多个子电路组成，首先要搭建的是跨导系数的温度控制子电路、沟道长度调制因子的温度控制子电路和阈值电压的温度控制子电路。服务器分别基于跨导系数、沟道长度调制因子和阈值电压的温度控制函数的表达式，ABM器件函数编辑功能，即可搭建跨导系数的温度控制子电路、沟道长度调制因子的温度控制子电路和阈值电压的温度控制子电路。
在一个例子中，服务器搭建的跨导系数的温度控制子电路、沟道长度调制因子的温度控制子电路和阈值电压的温度控制子电路可以如图5所示。
步骤1032，基于所述模型方案，利用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。
在具体实现中，服务器除了搭建跨导系数的温度控制子电路、沟道长度调制因子的温度控制子电路和阈值电压的温度控制子电路之外，还需要基于模型方案中的改进后的萨支唐三段式沟道电流方程，利用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。
在一个例子中，服务器搭建的线性工作区的输出子电路和饱和工作区的输出子电路可以如图6所示。
步骤1033，利用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。
在具体实现中，服务器除了搭建跨导系数的温度控制子电路、沟道长度调制因子的温度控制子电路、阈值电压的温度控制子电路、线性工作区的输出子电路和饱和工作区的输出子电路之外，还需要利用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。
在一个例子中，服务器搭建的沟道电流输出子电路可以如图7所示。
步骤1034，对各子电路进行打包，得到SiC MOSFET沟道电流变温模型的仿真电路。
在具体实现中，服务器搭建完成各子电路后，可以通过子电路打包的方式，对各子电路进行打包，得到SiC MOSFET沟道电流变温模型的仿真电路。
步骤104，利用Cadence软件对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。
在具体实现中，服务器以温度参数T为变量，在Cadence软件中采用双脉冲测试电路对SiC MOSFET沟道电流变温模型的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。
在一个例子中，服务器依次进行25℃、75℃和150℃下的电磁兼容仿真，在时域和频域上探究不同温度下SiC MOSFET的电磁兼容特性。25℃、75℃和150℃下的电磁兼容仿真结果可以如图8所示。
从时域角度来说，对于SiC MOSFET来说，温度的提高会减小电压过冲峰值V DS_peak，这是因为器件栅极电压V GS为18V且漏极电流I DS在指定电流（如15A）左右时，通过对跨导系数KP、阈值电压V th和沟道长度调制因子k中相关参数的拟合发现，漏极电流I DS具有负温度系数，所以温度越高，漏极电流I DS越小，电流变化率di/dt也相对变小，电压过冲峰值V DS_peak自然变小。从频域角度来说，随着温度的升高，SiC MOSFET的频谱幅度整体保持稳定，在20MHz之后的高频段略有减小。由此可见，本申请提出的SiC MOSFET沟道电流变温模型具有较好的热稳定性。
本实施例，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SiC MOSFET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。
在一个实施例中，服务器除了对SiC MOSFET沟道电流变温模型的仿真电路进行电磁兼容仿真之外，还可以通过如图9所示的各步骤，对SiC MOSFET沟道电流变温模型进行精确度性能仿真，具体包括：
步骤201，在Cadence软件中采用直流扫描的方式对仿真电路进行仿真，得到SiCMOSFET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。
步骤202，对仿真转移特性曲线和SiC MOSFET数据手册中提供的实际转移特性曲线进行比较，得到SiC MOSFET沟道电流变温模型的转移特性精确度。
步骤203，对输出转移特性曲线和SiC MOSFET数据手册中提供的实际输出特性曲线进行比较，得到SiC MOSFET沟道电流变温模型的输出特性精确度。
在一个例子中，服务器将V DS设置为10V，温度参数T依次设置为25℃和150℃，直流扫描参数V GS设置为在0至20V内以0.1V间距等距变，以文本形式导出仿真数据。用软件工具GetData拟合SiC MOSFET数据手册里的转移特性曲线的数据，结合仿真数据，进行对比验证SiC MOSFET沟道电流变温模型的转移特性精确度，如图10所示，由验证结果来看，仿真转移特性高度符合实际转移特性，适用的温度范围也比较广。
在一个例子中，V GS依次设置为8V、10V和12V，温度参数T则设置为25℃，直流扫描参数V DS设置为在0至10V内以0.1V间距等距变，以文本形式导出仿真数据。用软件工具GetData拟合SiC MOSFET数据手册里的输出特性曲线的数据，结合仿真数据，进行对比验证SiCMOSFET沟道电流变温模型的输出特性精确度，如图11所示，由验证结果来看，仿真输出特性高度符合实际输出特性。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
本申请的另一个实施例提出了一种基于SiC MOSFET器件特性行为模型的电磁兼容建模系统，下面对本实施例提出的基于SiC MOSFET器件特性行为模型的电磁兼容建模系统的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须，本实施例提出的基于SiC MOSFET器件特性行为模型的电磁兼容建模系统的示意图可以如图12所示，包括：模型方案确定模块301、模型参数提取模块302、模型实现模块303和仿真模块304。
模型方案确定模块301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，分别建立跨导系数、沟道长度调制因子和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。
模型参数提取模块302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，得到跨导系数、沟道长度调制因子和阈值电压的温度控制函数的表达式。
模型实现模块303用于基于所述模型方案，以及跨导系数、沟道长度调制因子和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SiC MOSFET沟道电流变温模型。
仿真模块304用于利用Cadence软件对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。
值得一提的是，本实施例中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本申请的创新部分，本实施例中并没有将与解决本申请所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施例中不存在其它的单元。
本申请另一个实施例涉及一种电子设备，如图13所示，包括：至少一个处理器401；以及，与所述至少一个处理器401通信连接的存储器402；其中，所述存储器402存储有可被所述至少一个处理器401执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器401执行，以使所述至少一个处理器401能够执行上述各实施例中的基于SiC MOSFET器件特性行为模型的电磁兼容建模方法。
其中，存储器和处理器采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器和存储器的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器。
处理器负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的数据。
本申请另一个实施例涉及一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序。计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例。
即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备（可以是单片机，芯片等）或处理器（processor）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（Read-OnlyMemory ，简称：ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，简称：RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施例是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。
Claims (10)
1.一种基于SiC MOSFET器件特性行为模型的电磁兼容建模方法，其特征在于，包括：
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。
2.根据权利要求1所述的基于SiC MOSFET器件特性行为模型的电磁兼容建模方法，其特征在于，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。
3.根据权利要求2所述的基于SiC MOSFET器件特性行为模型的电磁兼容建模方法，其特征在于，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：
其中，I d为沟道电流，V gs为栅极电压，V ds为漏极电压，KP为所述跨导系数，μ为所述载流子的迁移率，C ox为所述单位栅电容、W为所述沟道宽度、L为所述沟道长度，V th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，p KP1、p KP2、p KP3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，p V1、p V2、p V3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，p k1、p k2、p k3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。
4.根据权利要求3所述的基于SiC MOSFET器件特性行为模型的电磁兼容建模方法，其特征在于，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。
5.根据权利要求3至权利要求4中任一项所述的基于SiC MOSFET器件特性行为模型的电磁兼容建模方法，其特征在于，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。
6.根据权利要求5所述的基于SiC MOSFET器件特性行为模型的电磁兼容建模方法，其特征在于，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。
7.根据权利要求5所述的基于SiC MOSFET器件特性行为模型的电磁兼容建模方法，其特征在于，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SiCMOSFET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SiC MOSFET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。
8.一种基于SiC MOSFET器件特性行为模型的电磁兼容建模系统，其特征在于，所述系统包括模型方案确定模块、模型参数提取模块、模型实现模块和仿真模块；
所述模型方案确定模块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。
9.一种电子设备，其特征在于，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如权利要求1至权利要求7中任一所述的基于SiC MOSFET器件特性行为模型的电磁兼容建模方法。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至权利要求7中任一项所述的基于SiC MOSFET器件特性行为模型的电磁兼容建模方法。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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