SiC肖特基二極管的物理模型參數(shù)提取研究.pdf

1、與傳統(tǒng)的功率半導(dǎo)體器件材料硅和砷化鎵相比，碳化硅（SiC）材料具有更強(qiáng)的抗化學(xué)腐蝕性，更高的硬度，更大的禁帶寬度，更快的飽和速度，更高的熱導(dǎo)率，更高的臨界擊穿電場，并且其材料制備和生產(chǎn)工藝也比較成熟。因此，作為寬帶隙半導(dǎo)體材料的SiC在耐高溫、高頻、大功率等領(lǐng)域中具有很大的潛力。隨著電源系統(tǒng)的日益發(fā)展，迫切需要特性更加優(yōu)良的整流器件，良好的整流器件的擊穿電壓應(yīng)更高、導(dǎo)通電阻更小、開關(guān)速度更快等，因此具備這些優(yōu)良特性的SiC功率器件具有良

2、好的發(fā)展前景。目前市場上最成熟的SiC功率器件是碳化硅肖特基二極管（SiC SBD）。然而，由于SiC SBD的高成本和易損性，電力電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須借助于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。電力電子電路仿真技術(shù)的精度與多種因素有關(guān)，其中包括器件的物理模型及其模型參數(shù)。在器件物理模型比較準(zhǔn)確的情況下，提取精確的物理模型參數(shù)對電力電子電路設(shè)計(jì)尤為重要。
　　本文以碳化硅肖特基二極管為研究對象，選用具有較高精度的Saber仿真軟件對二極管進(jìn)行仿真。Sab

3、er仿真軟件中，SiC功率二極管模型采用的是Mantooth統(tǒng)一模型，能夠準(zhǔn)確地描述正向恢復(fù)和反向恢復(fù)等工作特性。通過對SiC SBD的工作機(jī)理、靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性以及物理模型的分析，確定了SiC SBD物理模型的關(guān)鍵參數(shù)，并提出了一種結(jié)合Matlab和Saber仿真軟件，通過仿真波形和實(shí)驗(yàn)波形的對比，以仿真波形和實(shí)驗(yàn)波形的相關(guān)系數(shù)及迭代次數(shù)為目標(biāo)函數(shù)，采用改進(jìn)粒子群算法提取SiC SBD內(nèi)部關(guān)鍵模型參數(shù)的方法。
　　該方法選用表

4、征SiC SBD內(nèi)部機(jī)理的反向恢復(fù)波形為辨識(shí)外部特性的研究對象。利用 Saber軟件中AIM命令啟動(dòng)Matlab軟件，通過Cosimulation接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。將Matlab中初始化的模型參數(shù)傳遞至Saber進(jìn)行仿真，然后仿真數(shù)據(jù)輸入到Matlab中與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相似度判斷，運(yùn)用改進(jìn)粒子群算法優(yōu)化模型參數(shù)，并將優(yōu)化后的模型參數(shù)傳入Saber繼續(xù)仿真，通過AIM語言編程實(shí)現(xiàn)該優(yōu)化循環(huán)。最終實(shí)現(xiàn)仿真波形和實(shí)驗(yàn)波形的高度相似，從而得到所需