SiC MOSFET仿真模型的建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及碳化硅SiCMOSFET技术领域，特别涉及一种SiCMOSFET仿真模型的 建模方法。
【背景技术】
[0002] 目前，建立SiCMOSFET的静态仿真模型有两种方法。一种是采用Pspice仿真软 件自带的MOSFET模型来描述SiCMOSFET的静态特性，共有M0S1-M0S3三种模型。其中， M0S1模型为一阶模型，描述的是电流-电压的平方率特性，适用于精度要求不高的长沟道 MOSFET;M0S2模型在计算过程中考虑了短沟、窄沟对阀值电压的影响以及迀移率随表面电 场的变化等因素；M0S3模型是一个半经验模型，适用于短沟道MOSFET。由于这三种模型都 是针对传统的硅SiMOSFET的实用模型，不能直接用来描述SiCMOSFET的静态特性。根据 Datasheet提供的SiCMOSFET的输出特性曲线，如图1所示，SiCMOSFET的输出特性曲线 由线性区向饱和区逐步过渡，曲线有着明显的弧度，而SiMOSFET的输出特性曲线如图2所 示在线性区时接近为一条直线，进入饱和区后漏极电流ID基本保持不变，曲线由线性区进 入饱和区时有着明显的拐点。因此，Pspice仿真软件中的M0S1-M0S3模型所表现的输出特 性曲线与SiCMOSFET的输出特性曲线不能完全吻合。
[0003] 另一种方法是直接采用压控电流源模型来描述SiCMOSFET的静态特性，但是，基 于现有的参数提取方法提取漏极电流ID表达式中的未知参数所得到的仿真结果只在漏源 电压^较小时，如小于6V时与实际测量结果吻合，当漏源电压VDS扩展到20V，即输出特性 曲线由线性区进入饱和区时，仿真结果与实际测量结果具有一定的误差。
[0004] 建立SiCMOSFET的动态仿真模型主要关注其开通和关断过程。其中，随着漏源 电压VDS变化，非线性栅漏电容CeD对SiCMOSFET的动态特性具有重要影响，因此，栅漏电 容开关模型是SiCMOSFET动态建模是否准确的关键。但是，现有技术中，由于栅漏电容 C(；D开关模型中的电路元件较多，用户很难量化各个元件参数值对栅漏电容C^容值的影响， 只能明确其影响趋势，因此，需要进行反复尝试仿真，增加了建模成本。同时，对不同型号的 SiCMOSFET建模都需要反复尝试，建模过程和所得的模型参数均具有一定的随机性与不确 定性。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。
[0006] 为此，本发明的目的在于提出一种SiCMOSFET仿真模型的建模方法，根据 Datasheet提供的转移特性曲线和输出特性曲线以及C_VDS曲线，通过数学拟合软件获取仿 真模型中的未知参数，从而得到SiCMOSFET的仿真模型，其仿真模型更加符合实际情况。
[0007] 为达到上述目的，本发明实施例提出的一种SiCMOSFET仿真模型的建模方法，包 括以下步骤：S1，采用等效电路建模的方法对所述SiCMOSFET进行建模以获得第一模型； S2,根据所述SiCMOSFET的Datasheet提供的转移特性曲线和输出特性曲线以及所述第 一模型对所述SicMOSFET的静态特性进行建模以获得所述SiCMOSFET的静态仿真模型； 以及S3,根据所述Datasheet提供的(^^曲线以及所述第一模型对所述SiCM0SFET的动 态特性进行建模以获得所述SiCMOSFET的动态仿真模型，其中，所述C-VDS曲线为所述SiC MOSFET的电容与漏源电压之间的关系曲线。
[0008] 根据本发明实施例的SiCMOSFET仿真模型的建模方法，首先采用等效电路建模的 方法对SiCMOSFET进行建模以获得第一模型，然后根据SiCMOSFET的Datasheet提供的 转移特性曲线和输出特性曲线以及第一模型对SiCMOSFET的静态特性进行建模以获得SiC MOSFET的静态仿真模型，并根据Datasheet提供的C-VDS曲线以及第一模型对SiCMOSFET 的动态特性进行建模以获得SiCMOSFET的动态仿真模型。因此，本发明基于Datasheet提 供的转移特性曲线和输出特性曲线提出了一种通用的建立SiCMOSFET的静态仿真模型的 方法，通过建立的压控电流源模型MN描述SiCMOSFET的静态特性，实现了SiCMOSFET仿 真模型的静态特性曲线在漏源电压VDS扩展到20V时与Datasheet提供的转移特性曲线和 输出特性曲线高度吻合，同时避免了由于采样点个数太少导致的静态仿真模型不准确的问 题，以及避免了对SiCMOSFET物理层面的深入探索，既保证了静态仿真模型的精确性，又使 得仿真模型的建模方法更具有通用性。同时，本发明基于Datasheet提供的电容与漏源电 压之间的关系曲线图提出了一种通用的建立SiCMOSFET的动态仿真模型的方法，通过建立 的栅漏电容(^子电路模型即第二模型来体现SiCMOSFET的动态特性，避免了传统的栅漏 电容0^开关模型中参数较多而导致的动态仿真模型具有随机性和不确定性，从而该建模 方法提高了动态仿真模型的准确性和通用性。
[0009] 根据本发明的一个实施例，在步骤S2中，通过第一模型中的压控电流源模型化描 述所述SiCMOSFET的静态特性。
[0010] 根据本发明的一个实施例，所述压控电流源模型mn以下述公式进行表达：
[0012] 其中，ID为漏极电流，Ves为栅源电压，Vth为开启电压，IDsat为漏极饱和电流，VDS为 漏源电压，vDsat为漏极饱和电压，X为沟道长度调制系数。
[0013] 根据本发明的一个实施例，通过以下公式获取所述漏极饱和电压vDsat和所述漏极 饱和电流IDsat:
[0015] 其中，B和n为饱和区曲线的特性参数，K和p为线性区曲线的特性参数
[0016] 根据本发明的一个实施例，每隔第一电压阈值从所述Datasheet提供的转移特性 曲线中获取第一预设个数的采样点以及从所述Datasheet提供的输出特性曲线中获取第 二预设个数的采样点，并根据所述第一预设个数的采样点和所述第二预设个数的采样点， 通过数学拟合软件进行迭代运算，以获取所述压控电流源模型化中的未知参数。
[0017] 根据本发明的一个实施例，在步骤S3中，通过获取所述第一模型中的栅源电容 的容值、所述第一模型中的漏源电容cDS的容值以及所述第一模型中的栅漏电容CeD的容值 以获得所述SicMOSFET的动态仿真模型。
[0018] 根据本发明的一个实施例，所述栅源电容(^的容值和所述漏源电容CDS的容值均 为常数。
[0019] 根据本发明的一个实施例，通过对所述第一模型中的所述栅漏电容(^进行建模 以获得第二模型，并根据所述第二模型获取所述栅漏电容(^的容值。
[0020] 根据本发明的一个实施例，所述第二模型以下述公式进行表达：
[0022] 其中，HVJ为开关函数，Cg为变值电容，Cm为栅漏电容，C?为恒值电容，
，b= <i>D，c= 1-m，QD为二极管存储的电荷，m为电容梯度因子，巾力二极管 自建电势。
[0023] 根据本发明的一个实施例，每隔第一电压阈值从所述Datasheet提供的 线中获取第三预设个数的采样点，并通过数学拟合软件进行拟合运算以获取所述第二模型 中的未知参数。
[0024] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0025] 本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中：
[0026] 图1为Datasheet所提供的SiCMOSFET的输出特性曲线图；
[0027] 图2为Datasheet所提供的SiMOSFET的输出特性曲线图；
[0028] 图3为根据本发明实施例的SiCMOSFET仿真模型的建模方法的流程图；
[0029] 图4为根据本发明一个实施例的SiCMOSFET的截面图；
[0030] 图5为根据本发明一个实施例的SiCMOSFET的等效电路图；
[0031] 图6为Datasheet所提供的SiCMOSFET的转移特性曲线图；
[0032] 图7为根据本发明一个实施例的SiCMOSFET的转移特性仿真波形图；
[0033] 图8为根据本发明一个实施例的SiCMOSFET的输出特性仿真波形图；
[0034] 图9为栅漏电容Q开关模型；
[0035] 图10为根据本发明一个实施例的栅漏电容Q子电路模型；
[0036] 图11为Datasheet所提供的SiCMOSFET的电容-漏源电压曲线图；
[0037] 图12为根据本发明一个实施例的栅漏电容Q子电路模型的仿真程序；
[0038] 图13为根据本发明一个实施例的栅漏电容Q子电路模型的测试电路图；
[0039] 图14为根据本发明一个实施例的栅漏电容Q子电路模型的仿真波形图；
[0040] 图15为根据本发明一个实施例的BOOST变换器的电路拓扑图；
[0041] 图16a为根据本发明一个实施例的SiCM0SFET开通时的仿真波形图；
[0042] 图16b为根据本发明一个实施例的SiCM0SFET关断时的仿真波形图；
[0043] 图17a为根据本发明一个实施例的SiCM0SFET开通时的实验波形图；以及
[0044] 图17b为根据本发明一个实施例的SiCM0SFET关断时的实验波形图。
【具体实施方式】
[0045] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0046] 下