目标参数提取方法及计算机设备与流程

本申请涉及电力电子，特别是涉及一种目标参数提取方法及计算机设备。

背景技术：

1、绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor，简称igbt)作为电力电子设备之中使用最为广泛的电力电子开关器件，其工作特性深受器件制造厂商和电力电子系统设计人员的广泛关注。

2、对一定结构的igbt而言，器件的内部参数对其性能具有决定性的影响，这些参数包括结构尺寸、掺杂浓度、过剩载流子寿命以及结电容、跨导等都将直接影响着igbt的通态压降、开关速度、关断拖尾电流等各项动、静态性能指标。因此，要想建立准确的igbt半导体物理模型并实现igbt电气特性的精确仿真，参数的准确提取是必不可少的关键一环。同时，模型参数对于igbt的设计与制造、结构与性能优化以及指导器件的安全使用等也具有重要的应用价值。

3、然而，igbt物理模型的仿真计算精度高度依赖于模型参数的提取，一直以来参数提取对其应用都是一个巨大挑战。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对现有技术中的不足之处，提供一种目标参数提取方法及计算机设备。

2、一方面，本申请根据一些实施例，提供一种目标参数提取方法，所述目标参数提取方法应用于绝缘栅双极晶体管的集总电荷模型，包括：

3、获取所述绝缘栅双极晶体管的原始输出特性曲线，所述原始输出特性曲线包括所述绝缘栅双极晶体管的栅极-发射极电压及集电极-发射极电压；确定所述绝缘栅双极晶体管与等效场效应管中对应电性参数的等效函数，根据所述等效函数将所述原始输出特性曲线转化为初始等效场效应管输出特性曲线；

4、对所述初始等效场效应管输出特性曲线进行修正，以得到起始于零点的目标等效场效应管输出特性曲线；并对所述栅极-发射极电压及所述集电极-发射极电压进行修正，以得到本征场效应管的栅极-源极电压及漏极-源极电压；

5、将所述本征场效应管的栅极-源极电压及漏极-源极电压代入所述集总电荷模型的本征场效应管电子电流公式得到本征场效应管模型输出特性曲线，并基于所述目标等效场效应管输出特性曲线进行数据拟合，得到目标参数。

6、在一些实施例中，所述确定所述绝缘栅双极晶体管与等效场效应管中对应电性参数的等效函数，根据所述等效函数将所述原始输出特性曲线转化为初始等效场效应管输出特性曲线，包括：

7、根据所述绝缘栅双极晶体管的电子迁移率与空穴迁移率之比，将所述发射极电流等效为目标等效场效应管电流，并根据所述目标等效场效应管电流与所述栅极-发射极电压及所述集电极-发射极电压得到所述初始等效场效应管输出特性曲线。

8、在一些实施例中，采用如下的等效函数将所述发射极电流等效为目标等效场效应管电流：

9、imos_data＝iceraw*(μn/(μn+μp))；

10、其中，imos_data为所述目标等效场效应管电流，iceraw为所述发射极电流，μn为所述绝缘栅双极晶体管的电子迁移率，μp为所述绝缘栅双极晶体管的空穴迁移率。

11、在一些实施例中，基于以下公式对所述初始等效场效应管输出特性曲线进行修正，以得到起始于零点的所述目标等效场效应管输出特性曲线：

12、vds_data＝vceraw-vj；

13、其中，vds_data为所述目标等效场效应管输出特性曲线中的漏极-源极电压，vceraw为所述绝缘栅双极晶体管的集电极-发射极电压，vj为所述绝缘栅双极晶体管的发射极导通电压。

14、在一些实施例中，所述对所述栅极-发射极电压及所述集电极-发射极电压进行修正，以得到本征场效应管的栅极-源极电压及漏极-源极电压，包括：

15、基于如下的公式对所述目标等效场效应管输出特性曲线中的漏极-源极电压及所述集电极-发射极电压进行修正：

16、vds＝vds_data-iceraw*re；vgs＝vgeraw-iceraw*re；

17、其中，vds为所述本征场效应管的漏极-源极电压，iceraw为所述发射极电流，re为所述绝缘栅双极晶体管的发射极寄生串联电阻，vgs为所述本征场效应管的栅极-源极电压，vgeraw为所述栅极-发射极电压。

18、在一些实施例中，所述集总电荷模型包括如下的本征场效应管电子电流公式：

19、

20、其中，id为本征场效应管电流，kp为跨导系数，vgs为所述本征场效应管的栅极-源极电压，vt为阈值电压，b为跨导拟合参数，kv为导通电压拟合参数，vds为所述本征场效应管的漏极-源极电压；

21、将所述本征场效应管的栅极-源极电压及漏极-源极电压代入所述本征场效应管电子电流公式以得到本征场效应管模型输出特性曲线，并基于所述目标等效场效应管输出特性曲线进行数据拟合，以获取所述目标参数。

22、在一些实施例中，所述目标参数至少包括所述阈值电压、所述跨导系数、所述跨导拟合参数及所述导通电压拟合参数。

23、在一些实施例中，所述目标参数还包括所述发射极寄生串联电阻。

24、在一些实施例中，将所述本征场效应管的栅极-源极电压及漏极-源极电压代入所述集总电荷模型的本征场效应管电子电流公式得到本征场效应管模型输出特性曲线，并基于所述目标等效场效应管输出特性曲线采用非线性最小二乘法、信赖域反射最小二乘法或神经网络法进行数据拟合，得到目标参数。

25、另一方面，本申请还根据一些实施例，提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现前述任一实施例中提供的目标参数提取方法的步骤。

26、本申请提供的目标参数提取方法及计算机设备，至少具有如下有益效果：

27、本申请实施例将绝缘栅双极晶体管的集总电荷模型作为被参数提取的模型，通过预设的等效函数将绝缘栅双极晶体管的原始输出特性曲线近似为等效场效应管的初始等效场效应管输出特性曲线；之后，对初始等效场效应管输出特性曲线进行修正，使初始等效场效应管输出特性曲线起始于坐标系的零点，并定义经过修正的初始等效场效应管输出特性曲线为目标等效场效应管输出特性曲线；并对栅极-发射极电压及集电极-发射极电压进行修正，以得到本征场效应管的栅极-源极电压及漏极-源极电压，然后将本征场效应管的栅极-源极电压及漏极-源极电压代入绝缘栅双极晶体管的集总电荷模型，使用集总电荷模型基于目标等效场效应管输出特性曲线进行数据拟合，最终得到在集总电荷模型中匹配于目标等效场效应管输出特性曲线的目标参数。上述实施例提供的目标参数提取方法，能够基于绝缘栅双极晶体管的集总电荷模型实现目标参数的提取，有助于建立准确的igbt半导体物理模型，实现igbt电气特性的高精度仿真计算；并且，上述目标参数提取方法所提取的目标参数对于igbt的设计与制造、结构与性能优化以及指导器件的安全使用等亦具有重要的应用价值。

技术特征：

1.一种目标参数提取方法，其特征在于，所述目标参数提取方法应用于绝缘栅双极晶体管的集总电荷模型，包括：

2.根据权利要求1所述的目标参数提取方法，其特征在于，所述确定所述绝缘栅双极晶体管与等效场效应管中对应电性参数的等效函数，根据所述等效函数将所述原始输出特性曲线转化为初始等效场效应管输出特性曲线，包括：

3.根据权利要求2所述的目标参数提取方法，其特征在于，采用如下的等效函数将所述发射极电流等效为目标等效场效应管电流：

4.根据权利要求1所述的目标参数提取方法，其特征在于，基于以下公式对所述初始等效场效应管输出特性曲线进行修正，以得到起始于零点的所述目标等效场效应管输出特性曲线：

5.根据权利要求4所述的目标参数提取方法，其特征在于，所述对所述栅极-发射极电压及所述集电极-发射极电压进行修正，以得到本征场效应管的栅极-源极电压及漏极-源极电压，包括：

6.根据权利要求5述的目标参数提取方法，其特征在于，所述集总电荷模型包括如下的本征场效应管电子电流公式：

7.根据权利要求5所述的目标参数提取方法，其特征在于，所述目标参数至少包括所述阈值电压、所述跨导系数、所述跨导拟合参数及所述导通电压拟合参数。

8.根据权利要求7所述的目标参数提取方法，其特征在于，所述目标参数还包括所述发射极寄生串联电阻。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的目标参数提取方法，其特征在于，将所述本征场效应管的栅极-源极电压及漏极-源极电压代入所述集总电荷模型的本征场效应管电子电流公式得到本征场效应管模型输出特性曲线，并基于所述目标等效场效应管输出特性曲线采用非线性最小二乘法、信赖域反射最小二乘法或神经网络法进行数据拟合，得到目标参数。

10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至9中任一项所述的目标参数提取方法的步骤。

技术总结
本申请涉及一种目标参数提取方法及计算机设备，包括：获取绝缘栅双极晶体管的原始输出特性曲线；将原始输出特性曲线转化为初始等效场效应管输出特性曲线；对初始等效场效应管输出特性曲线进行修正以得到起始于零点的目标等效场效应管输出特性曲线；对栅极‑发射极电压及集电极‑发射极电压进行修正以得到本征场效应管的栅极‑源极电压及漏极‑源极电压；将本征场效应管的栅极‑源极电压及漏极‑源极电压代入集总电荷模型的本征场效应管电子电流公式得到本征场效应管模型输出特性曲线，并基于目标等效场效应管输出特性曲线进行数据拟合，得到目标参数。所述目标参数提取方法能够基于绝缘栅双极晶体管的集总电荷模型进行参数提取。

技术研发人员：顾鸣远
受保护的技术使用者：苏州华太电子技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15