功率MOSFET 模型参数辨识

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MOSFET参数解读

MOSFET参数解读

MOSFET参数解读首先介绍漏源击穿电压(BVDS)这个参数。

漏源击穿电压是指在MOSFET正常工作条件下,漏极与源极之间可以承受的最大电压。

当电压超过这个值时,会导致器件击穿,造成电流异常增大。

因此,选择具有较高BVDS值的MOSFET可以提高设备的稳定性和可靠性。

第二个参数是漏源电流(ID)。

漏源电流是指MOSFET的漏极到源极之间的电流。

这个参数决定了MOSFET的放大能力和驱动能力。

ID值越大,说明器件的放大能力越强,可以驱动更大的负载。

接下来是增益(gm)。

增益是指MOSFET的输出电流和输入电压之间的比例关系。

增益值越大,说明MOSFET具有更好的放大效果。

增益值可以通过gm公式计算得到,即gm = ID/VT,其中ID为漏源电流,VT为热压降,与温度相关。

导通电阻(RDSon)是指MOSFET导通状态下漏源之间的电阻。

导通电阻是MOSFET的一个重要参数,对于其在开关电路中的应用影响很大。

导通电阻越小,代表着MOSFET具有更好的导通性能,可以减小功耗和电压降。

最后是功耗。

功耗是指MOSFET在工作时消耗的电功率。

功耗与漏源电流以及导通电阻有关。

一般来说,功耗会随着漏源电流的增加而增加,以及随着导通电阻的增加而减小。

对于需要高效能耗的电子设备来说,低功耗的MOSFET是非常重要的。

除了上述参数外,还有一些其他的参数也是非常重要的。

例如,最大工作温度、漏源间电感、输入电容和输出电容等。

这些参数对于特定应用的选择和设计至关重要。

综上所述,MOSFET的这些参数对于电子设备的性能起着重要作用。

在选型和设计时,我们需要综合考虑这些参数,并结合具体的应用要求进行选择。

功率MOSFET关键参数解读

功率MOSFET关键参数解读

功率MOSFET关键参数解读1. 最大漏极电流(IDmax):最大漏极电流是MOSFET能够连续承受的最大电流。

它取决于MOSFET的物理结构和材料,特别是漏极-源极结区的尺寸和电流密度。

IDmax越大,MOSFET能够承受的负载电流就越大。

2. 最大漏极-源极电压(VDSmax):最大漏极-源极电压是MOSFET能够承受的最大电压。

它表示了MOSFET两个终端之间的最大电势差。

VDSmax决定了MOSFET可以驱动的电压范围。

3. 漏极电阻(RDSon):漏极电阻是MOSFET导通状态时的电阻。

它是导通MOSFET时漏极-源极电压和漏极电流之比。

RDSon越小,MOSFET在导通状态时的功率损耗越低。

4.门-源极电压(VGS):门-源极电压是MOSFET的控制电压。

它决定了MOSFET是导通还是截止状态。

通常,VGS低于特定电压(截止阀值电压)时,MOSFET处于截止状态;当VGS高于该电压时,MOSFET处于导通状态。

5.门极电荷(Qg):门极电荷是MOSFET的栅极或门极上的电荷。

它在MOSFET的开关过程中需要传输和移除,因此影响着开关速度和功耗。

较小的门极电荷表示MOSFET具有更好的开关速度。

6. 导通电阻(Rdson):导通电阻是指MOSFET在导通状态时的电阻。

它影响MOSFET的导通损耗,Rdson越小,导通状态下的功耗越低。

7.开关时间(tr/tf):开关时间是指MOSFET从导通到截止或从截止到导通的时间。

它受到MOSFET内部电荷和结构的影响。

较小的开关时间表示MOSFET可以更快地切换,适合于高速开关应用。

8. 热阻(θja / θjc):热阻是指MOSFET在工作时从芯片到环境或芯片到外壳之间的热传导阻力。

它决定了MOSFET的散热效果。

较小的热阻表示MOSFET可以更高效地散热。

这些关键参数提供了评估功率MOSFET性能的指标。

根据应用的需求,选择合适的功率MOSFET时,需要综合考虑这些参数,并确保其满足电路要求和可靠性要求。

MOSFET参数理解及测试项目方法解读

MOSFET参数理解及测试项目方法解读

MOSFET参数理解及测试项目方法解读1.状态参数- 阈值电压(Vth):阈值电压是指MOSFET的栅极电压与源极电压之间的临界电压,达到该电压时MOSFET开始导通。

测试方法是将源极和汇极短路,逐渐增加栅极电压,观察当栅极电压超过阈值电压时,输出特性开始发生变化。

- 开态电流(Idss):开态电流是指当栅极电压为0时,MOSFET的汇极电流。

测试方法是将源极和汇极短路,将栅极电压设为0,通过测量汇极电流得到。

- 非饱和区电流(Id(on)):非饱和区电流是指当MOSFET处于非饱和区时的汇极电流。

测试方法是将源极和汇极短路,逐渐增加栅极电压,对应的汇极电流即为非饱和区电流。

2.动态参数- 反馈电容(Ciss):反馈电容是指MOSFET的栅极与源极之间的电容。

测试方法是将栅极与源极短路,通过施加低频正弦信号(例如100Hz),测量输入电流与输入电压之间的相位差来计算反馈电容。

- 输出电容(Coss):输出电容是指MOSFET的栅极与汇极之间的电容。

测试方法是将栅极与汇极短路,通过施加低频正弦信号,在输出电流为恒定值的条件下,测量输出电压与输出电流之间的相位差来计算输出电容。

- 衰减电容(Crss):衰减电容是指MOSFET的栅极与汇极之间的电容。

测试方法与输出电容类似,通过施加低频正弦信号,在固定频率下测量输出电压与输出电流之间的相位差来计算衰减电容。

3.其他参数- 开关时间(ton/off):开关时间是指MOSFET从导通到截止(或反之)所需要的时间。

测试方法是施加方波信号,测量开关时间。

- 漏极电阻(Rds(on)):漏极电阻是指MOSFET在导通状态下的漏极电阻。

测试方法是将源极和汇极短路,施加一定的栅极电压,测量导通状态下的漏极电阻。

- 热阻(θja/θjc):热阻是指MOSFET从芯片到环境之间的热传导阻力。

测试方法是在特定的温度下,测量不同功率下MOSFET的温度变化,通过计算得到热阻。

MOSFET参数解读

MOSFET参数解读

MOSFET参数解读1. 栅极电压(VGS):栅极电压是应用在栅极和源极之间的电压。

它决定了MOSFET处于导通还是截止状态。

对于NMOS而言,当VGS大于临界电压(一般表示为Vth)时,NMOS导通;而对于PMOS而言,当VGS小于临界电压时,PMOS导通。

2. 漏极电压(VDS):漏极电压是应用在漏极和源极之间的电压。

它对MOSFET的导通特性和性能有很大影响。

当VDS小于VGS-Vth时,MOSFET处于三个不同的状态:割线状态、恒流源状态和恒压源状态。

割线状态指的是MOSFET截止,没有电流流动;恒流源状态指的是MOSFET处于饱和状态,漏极电流由VGS和VDS共同决定;恒压源状态指的是漏极电流不再增加,仅由VGS来决定。

3.漏极电流(ID):漏极电流是从漏极到源极的电流流动。

它对于MOSFET的功率损耗和性能很重要。

漏极电流可以通过改变栅极电压和漏极电压来控制。

4. 阈值电压(Vth):阈值电压是使MOSFET进入导通状态所需的栅极电压。

它对于MOSFET的截止和饱和状态起着重要作用。

阈值电压取决于半导体材料和工艺参数。

5. 导通电阻(RDS(on)):导通电阻是指MOSFET导通时导通通道内的电阻。

它是MOSFET的重要性能指标之一,值越小表示导通能力越好。

导通电阻可以通过改变栅极电压和漏极电流来调整。

6.漏极电容(CDS)和栅极电容(CGS):漏极电容和栅极电容是MOSFET内部的电容。

漏极电容对于MOSFET的开关速度和功耗很重要,而栅极电容对于输入电压和输出电压之间的电荷传输很关键。

7. 最大漏极电压(VDSmax)和最大栅极电压(VGSmax):这两个参数表示MOSFET可以承受的最大电压。

超过这些电压范围,MOSFET可能会损坏。

以上只是一些常见的MOSFET参数,根据具体的应用和厂商,还有其他一些参数,如最大温度承受能力、漏电流等。

在实际应用中,了解和理解这些参数,可以帮助工程师选择适合的MOSFET器件,以满足特定要求。

深入理解功率MOSFET数据表

深入理解功率MOSFET数据表

深入理解功率MOSFET数据表最大额定参数,所有数值取得条件(Ta=25℃)VDSS 最大漏-源电压在栅源短接,漏-源额定电压(VDSS)是指漏-源未发生雪崩击穿前所能施加的最大电压。

根据温度的不同,实际雪崩击穿电压可能低于额定VDSS。

关于V(BR)DSS的详细描述请参见静电学特性.VGS 最大栅源电压VGS额定电压是栅源两极间可以施加的最大电压。

设定该额定电压的主要目的1是防止电压过高导致的栅氧化层损伤。

实际栅氧化层可承受的电压远高于额定电压,但是会随制造工艺的不同而改变,因此保持VGS在额定电压以内可以保证应用的可靠性。

ID - 连续漏电流ID定义为芯片在最大额定结温TJ(max)下,管表面温度在25℃或者更高温度下,可允许的最大连续直流电流。

该参数为结与管壳之间额定热阻RθJC和管壳温度的函数:ID中并不包含开关损耗,并且实际使用时保持管表面温度在25℃(Tcase)也很难。

因此,硬开关应用中实际开关电流通常小于ID 额定值@ TC = 25℃的一半,通常在1/3~1/4。

补充,如果采用热阻JA的话可以估算出特定温度下的ID,这个值更有现实意义。

IDM -脉冲漏极电流该参数反映了器件可以处理的脉冲电流的高低,脉冲电流要远高于连续的直流电流。

定义IDM的目的在于:线的欧姆区。

对于一定的栅-源电压,MOSFET2导通后,存在最大的漏极电流。

如图所示,对于给定的一个栅-源电压,如果工作点位于线性区域内,漏极电流的增大会提高漏-源电压,由此增大导通损耗。

长时间工作在大功率之下,将导致器件失效。

因此,在典型栅极驱动电压下,需要将额定IDM设定在区域之下。

区域的分界点在Vgs和曲线相交点。

因此需要设定电流密度上限,防止芯片温度过高而烧毁。

这本质上是为了防止过高电流流经封装引线,因为在某些情况下,整个芯片上最“薄弱的连接”不是芯片,而是封装引线。

考虑到热效应对于IDM的限制,温度的升高依赖于脉冲宽度,脉冲间的时间间隔,散热状况,RDS(on)以及脉冲电流的波形和幅度。

MOSFET参数理解及测试项目方法解读

MOSFET参数理解及测试项目方法解读
Ciss : 输入电容。 Ciss= CGD + CGS Coss :输出电容。 Coss = CDS +CGD Crss : 反向传输电容。 Crss = CGD
Test Condition:
VGS=0,VDS=10V or 15V or 25
f=1.0MHZ
动态参数
MOSFET 是电压型驱动器件,驱动的过程就是栅极电压的建立过程, 这是通过对栅源及栅漏之间的电容充电来实现的。 Qg :栅极总充电电量。 Test Condition : Qgs :栅源充电电量。 VDD=80%Rated VDS, ID= Rated ID, VGS=4.5V(VGS ≤12V)or 10V, RG=10Ω Qgd :栅漏充电电量。
也常常因此承担雪崩击穿带来的对器件的影响。
EAS:单脉冲雪崩能量 IAS: 电感峰值电流 IAR: 单脉冲雪崩电流
雪崩特性参数
雪崩特性波形图(一)
IAS=12.6A tp =2ms
BVDSS=744V
雪崩特性参数
雪崩特性波形图(二)
IAS=15A tp =2.5ms
BVDSS=768V
动态参数
Tjmax:MOS 最大结点工作温度150℃ RθJC:封装热阻 TC: Case 表面温度为25℃
Tj : 最大工作结温。通常为 150 ℃ TSTG :存储温度范围。通常为-55℃~150℃
静态参数
1. V(BR)DSS :漏源(D-S)击穿电压,它具有正温度特性。 Test Condition: VGS=0,ID=250uA
流的大小由RDS(ON)和封装形式决定,其计算公式如下:
TJmax : MOS 最大结点工作温度150℃ RθJC : 封装热阻(节点-外壳) TC: Case 表面温度为25℃

MOSFET参数详解

MOSFET参数详解1. 导通电阻(Rds(on)):是指当MOSFET处于导通状态时,从源极到漏极的导通电阻。

导通电阻越小,表示MOSFET在导通状态下有更好的导电能力,能够传输更大的电流,也能提供更低的功耗。

2. 泄漏电流(Igss):是指MOSFET在关闭状态下的漏电流。

泄漏电流应尽可能小,以确保在关闭状态下无功率损失。

3. 阈值电压(Vth):是指MOSFET开始导通的电压。

当控制电压超过阈值电压时,MOSFET开始导通。

阈值电压的选择取决于应用场景,一般情况下越低越好。

4. 最大漏源电压(Vdss):是指MOSFET能够承受的最大漏源电压。

超过这个电压,MOSFET可能会烧毁。

因此,在实际应用中,要确保工作电压在MOSFET的最大承受范围内。

5.最大漏源电流(Id):是指MOSFET能够承受的最大漏源电流。

超过这个电流,MOSFET可能会受损。

因此,在实际应用中,要确保工作电流在MOSFET的承受范围内。

6.开关速度:MOSFET的开关速度取决于导通和关断过程所需的时间。

开关速度的快慢直接关系到MOSFET的响应时间和效率。

较快的开关速度可以提高系统的性能。

7. 容量参数:包括输入电容(Ciss),输出电容(Coss)和反馈电容(Crss)。

这些参数影响MOSFET的高频响应和开关速度。

一般来说,输入电容越小越好,输出电容尽可能小,反馈电容尽可能大,以减少功耗和提高系统性能。

除了上述参数,还有一些其他参数也会对MOSFET的性能和应用产生影响,如温度系数、热阻、噪声系数等。

总的来说,了解和理解MOSFET的各个参数,可以帮助选取适合特定应用需求的器件,并设计出高性能的电路。

在应用过程中需根据实际需求权衡各个参数的优劣,并合理选择。

正确的理解和使用MOSFET参数,可以提高电路设计的效率和可靠性。

MOSFET参数理解及导通功耗分析

MOSFET参数理解及导通功耗分析导通是指MOSFET在其驱动电压下开启通路,使电流通过的过程。

MOSFET是一种常用的场效应管,其导通特性对于电路的功耗分析至关重要。

本文将从MOSFET的参数理解开始,深入分析导通过程及其功耗。

首先,了解MOSFET的一些重要参数对于理解其导通过程至关重要。

常见的MOSFET参数包括导通电压(Vth)、漏极电流(Id)及其最大耗散功率(Pd)等。

导通电压(Vth)是指MOSFET开始导通的电压阈值。

通常情况下,当控制电压超过Vth时,MOSFET开始导通。

导通电压可以通过数据手册或测试获得,通常是在一定的漏极电流下进行测量。

漏极电流(Id)是指通过MOSFET的电流值,其大小决定了MOSFET的导通能力。

漏极电流与控制电压之间有一个指数关系,即Id = k(Vgs - Vth)²,其中k是一个常量。

当控制电压超过Vth时,漏极电流迅速增大。

最大耗散功率(Pd)是指在导通状态下,MOSFET能够承受的最大功耗。

工程师必须确保电路中使用的MOSFET的功耗不超过其最大耗散功率,以避免过载及损坏。

在理解了MOSFET的参数之后,我们可以深入分析导通过程及其功耗。

MOSFET导通的过程可以分为两个阶段:充电阶段和饱和阶段。

在充电阶段,当控制电压(Vgs)超过导通电压(Vth)时,MOSFET开始导通。

此时,漏极电流Id开始增大,而栅极电容通过控制电压慢慢充电,直到达到饱和阈值。

一旦饱和阈值达到,MOSFET进入饱和阶段,漏极电流保持稳定。

功耗分析是电路设计中重要的一环。

MOSFET导通时会产生一定的功耗。

功耗可以通过计算MOSFET的静态功耗和动态功耗得到。

静态功耗是指当MOSFET处于导通状态但没有产生任何变化时的功耗。

静态功耗主要由漏电流引起,与MOSFET的漏极电流(Id)和导通电压(Vds)有关。

动态功耗是指当MOSFET处于导通状态时由于输入信号的变化而引起的功耗。

MOSFET参数理解及其主要特性

MOSFET参数理解及其主要特性MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)是一种常用的功率开关和放大器装置,被广泛应用于电子电路中。

它具有比双极晶体管更优异的特性,如较强的电流和电压承受能力、低输入电流、高输入阻抗等。

下面将对MOSFET的参数和主要特性进行详细介绍。

1. N沟道(N-channel)和P沟道(P-channel):根据导体中所控制的载流子的类型,MOSFET可分为N沟道和P沟道两种类型。

N沟道MOSFET是通过负电压来控制电子流动的,而P沟道MOSFET则是通过正电压控制空穴流动。

2. 阈值电压(Threshold Voltage):阈值电压(Vth)是指控制栅极电压必须达到的电压水平,以使MOSFET通导。

在N沟道MOSFET中,正电压将引起电子在沟道中流动,而在P沟道MOSFET中,负电压将引起空穴在沟道中流动。

阈值电压的大小决定了MOSFET的开启和关闭的电压。

3. 最大额定电压(Maximum Rated Voltage):最大额定电压(Vds max)是指MOSFET能够承受的最大电压。

超过这个电压,MOSFET可能会受到损坏。

4. 最大额定电流(Maximum Rated Current):最大额定电流(Ids max)是指MOSFET能够承受的最大电流。

超过这个电流,MOSFET可能会受到过热和损坏。

5. 开启电阻(On-Resistance):开启电阻(Rds on)是指当MOSFET处于导通状态时,它的内部电阻大小。

开启电阻越小,MOSFET在导通状态下的功耗就越小。

6. 导通电压降(Voltage Drop):导通电压降(Vds on)是指当MOSFET处于导通状态时,源极和漏极之间的电压降。

导通电压降越小,MOSFET在导通状态时损耗的电压就越小。

1. 低输入电流(Low Input Current):由于MOSFET的输入电流极小,所以它不会消耗太多的能量,适用于节能和低功耗的应用。

MOSFET参数解读

MOSFET参数解读Symbol Parameter中文描述应用系统关联参数解读R thjc Thermal resistance, Junction to case 结到封装的热阻该系列参数均表明在发热相同条件下器件散热能力的强弱,热阻越小散热越快。

R thcs Thermal resistance, Case to Sink封装到散热片的热阻R thja Thermal resistance, Junction to ambient结到空气热阻Symbol Parameter中文描述对电源系统的影响V DSS Drain to Source Voltage漏源电压标称值参考BV DSSI DContinuous Drain Current (@T C =25o C)漏源标称电流漏源间可承受的电流值,该值如果偏小,在设计降额不充裕的系统中或在测试OCP 、OLP 的过程中会引起电流击穿的风险。

Continuous Drain Current (@T C =100o C)I DMDrain current pulsed漏源最大单脉冲电流反应的是MOSFET 漏源极可承受的单次脉冲电流强度,该参数过小,电源系统在做OCP 或OLP 测试时,有电流击穿的风险。

V GS Gate to Source Voltage栅漏电压栅极可承受的最大电压范围,在任何条件下,必须保证其接入的电压必须在规格范围内。

M OSFET 的栅极也是MOSFET 最薄弱的地方。

E AS Single pulsed Avalanche Energy 单脉冲雪崩能量MOSFET漏源极可承受的最大单次或多次脉冲能量,该能量如果过小在做OCP 、OLP 、SU RGER 、耐压等测试项目时有失效的风险。

E ARRepetitive Avalanche Energy 重复雪崩能量dv/dt Peak diode Recovery dv/dt漏源寄生二极管恢复电压上升速率(1)dv/dt 反应的是器件承受电压变化速率的能力,越大越好。

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功率MOSFET模型参数辨识高艳霞苗盈瀛刘峰龚幼民上海大学自动化系 上海,200072摘 要本文提出了一种基于优化算法的电力电子器件模型参数辨识方法。

以功率MOSFET为例,文中首先介绍了模型参数辨识基本思想,然后详细介绍了相关的软、硬件实施方案,最后给出了模型参数辨识结果及功率MOSFET管的仿真与实验波形比较。

仿真波形与实验波形达到了很好的一致,说明所得到的模型参数辨识结果是可信的。

关键词功率MOSFET模型, 参数辨识, 测试系统1.引言由于电力电子器件的高成本及易损性,在制作实际电力电子系统前,设计者如果能对电力电子器件进行比较准确的仿真,排除设计错误,使电力电子器件得到安全、合理的使用,可以节约财力物力,缩短开发周期,起到事半功倍的效果。

而电力电子器件的仿真又是以器件模型和器件模型参数为基础的。

当器件模型确定以后,电力电子系统仿真的精度取决于器件的模型参数。

准确的电力电子器件模型参数是得到准确仿真结果的关键。

本文提出了一种基于优化算法的功率MOSFET模型参数辨识方法。

以功率IRF740为例,文中首先介绍了模型参数辨识基本思想,然后详细介绍了相关的软、硬件实施方案,最后给出了模型参数辨识结果。

给出了IRF740的仿真与实验波形。

仿真波形与实验波形达到了很好的一致,说明所辨识到的模型参数辨识结果是可信的。

2. 电力电子器件模型参数辨识基本思想本文提出的电力电子器件模型参数辨识方法基于实验、仿真及优化算法。

以功率MOSFET模型参数辨识为例,模型参数辨识基本思想如图1所示。

一方面对实验电路中的功率MOSFET给以激励并自动检测其动、静态响应,同时在仿真软件(PACTE)中设定功率MOSFET 物理模型的技术参数初值,并施以同样的激励,通过仿真以获取其动、静态响应,利用测量信号参数和仿真信号参数之差构成目标函数,通过优化算法不断修改仿真模型参数,使目标函数逐步减小,从而达到模型参数辨识的目的。

当目标函数的值足够小时,认为此时所对应受上海市教委发展基金(204432)及台达科教发展基金资助的模型参数值即为要辨识的结果。

图1 功率MOSFET模型参数辨识原理 根据上述参数辨识思想,整个辨识系统可以分为波形自动采集及最优化两部分。

3.波形自动采集系统3.1系统硬件组成自动采集系统硬件结构如图2所示。

PC机实现电压源的控制及波形采集,采集到的波形送到工作站,工作站完成运行仿真软件及参数辨识优化。

图2 自动采集系统的硬件组成为了实现器件动态波形的快速采集,系统采用了GPIB(General Purpose Interface Board)技术. GPIB接口卡插在PC机内,PC机通过GPIB接口卡与程控数字示波器相连,采集在不同电压下的电力电子器件的实际波形。

驱动波形发生实现电力电子器件的驱动。

功率MOSFET器件模型参数分为静态参数和动态参数。

因此,参数辨识实验电路有静态和动态两种。

3.2软件设计波形采集通过GPIB接口及数字存储示波器实现。

通过GPIB接口函数,计算机可实现对程控数字示波器命令函数的调用,以达到对仪器的控制,实现程序中设定的功能,达到自动测试和采集波形的目的。

其程序具体流程如下:1)打开并初始化程控数字示波器,生成描述符。

2)程控数字示波器初始化:包括一些坐标初始化、触发方式、采集方式等的设定。

每次执行程序时,这些初始化工作都将自动进行,不必再手工进行设置。

避免了由于不恰当的设置,而导致测量出错。

3)采集开始:被采样波形要进行幅值判别和调整。

4)采集到的数据点传输到计算机中,并记录下以下特征参数值:yoff(波形的垂直位置);ymult(垂直刻度因数);xincr(波形的采样间隔);yzero(波形的垂直偏移量)。

5)此时采集的波形数据是波形Y轴上每一数据点相应的ASCII码值,若要进行数据处理和波形显示,利用下列公式就可把ASCII码换算成对应时间轴上的电压值:time[i]=i×xincr (1) value[i]=((buffer[i] - yoff)×ymult)+yzero (2)6)显示并输出由于本辨识系统包括了两个操作平台(WINDOWS 和UNIX),因此采用SUN公司开发的JA V A语言来编写以上应用程序,它具有跨平台的优点。

4.最优化算法及其实现优化算法是参数辨识的核心。

计算机采集的波形信号通过网络传递到工作站,优化程序在工作站上运行。

4.1 优化程序流程电力电子器件模型参数辨识是一个不断寻优的过程。

首先对电力电子器件的实验波形进行测量,寻优过程就是不断使仿真波形向实验波形逼近的过程。

当分别得到静态测量信号波形参数和仿真信号波形参数时,利用这些波形参数组成一个目标函数,对它进行最优化。

优化过程中,不断修仿真软件中的器件模型参数及不断运行仿真软件,最终得到使目标函数最小的模型参数,即是要辨识的器件的模型参数。

如图3给出了参数辨识中优化算法的流程图:图3 优化程序流程图4.2 目标函数仿真软件中的器件模型是基于静态和动态两部分的,所以相应优化程序也分为两部分。

针对同一种算法时优化流程及步骤一致,只是目标函数不同。

1)静态优化目标函数在同一栅极电压条件下,)(sDSsDvi与)(mDSmDvi分别是对应同一漏源极电压的漏极电流仿真值和实测值。

CE Vδ表示两者间的相对误差。

改变M次栅极电压,可得到M个VGE下的静态特性参数曲线。

我们将所有的M条静态特性参数曲线上的相对误差的总和求平方根,即得到静态特性提取的目标函数如式(3):)(31max2∑∫====MmmDSVDSVDSDSVdVJδ式中,2)动态优化目标函数对于动态开关过程,我们通过分析功率MOSFET工作特性时总结了一些的波形特征参数,它们将开关过程的一些关键点和变化率都量化描述出来。

当分别得到这些波形特征参数的测量信号参数和仿真信号参数时,我们就可以利用这两组信号的相对误差组成一个目标函数,对它进行最优化。

于是得到动态优化的目标函数可表示如下式)()()(mDSmDmDSmCsDSsDCEV vivivi−=δ(4):)(412∑=Δ=ni i i k J其中mi x 与si x 分别是第i 个特征参数的测量值和仿真值, i k 为加权常数。

4.3 优化算法对于本课题涉及的优化问题,实际上是求目标函数值的最小值问题。

在选择算法的时候主要考虑全局收敛性以及收敛速度的问题。

本文主要采用了变量轮换法,该算法比较简单,收敛速度较快,运行结果如表1所示。

表1 参数辨识情况优化次数 运行时间 目标函数值 静态辨识 144 8分41秒 1.829E-06 动态辨识16418分17秒0.004585.参数辨识结果以功率MOSFET IRF740为例,通过上述硬件及软件实现了模型参数的辨识。

1) 模型参数辨识结果通过对静态特性特征参数的测量、仿真、比较和优化,可辨识我们需要的静态和动态模型参数,如下表2。

表2参数辨识结果静态参数 辨识结果 动态参数 辨识结果 AGD 4.45 mm 2VT 3.24 V NB 3.04 cm -3KPLIN 8.20 A/V 2CGS 0.48 nF KPSAT 11.47 A/V2COXD 1.63 nF RD 0.12Ω CDS2.97 nFTHETA2.90V2)仿真与实验波形比较利用表2中辨识的参数进行仿真,其波形与实测波如图4-11所示。

x 10-6tV gs (S )(V)图4栅源极电压开通波形图5栅源极电压关断波形x 10 -6Ig(A)t(S )图6栅极电流开通波形x 10-6Ig(A)(S )图7栅极电流关断波形x 10 -6Vds(V)t(S )图8漏源极电压开通波形mi si m i ix x x −=Δx 10 -6Vg(V)(S )图9漏源极电压关断波形x 10-6Id(A)t(S )图10漏极电流开通波形x 10 -6Id(A)(S )图11漏极电流关断波形由以上图形可以看出,仿真波形与实测波形达到了较好的吻合,说明所辨识到的参数是可信的。

6.结论利用本文提出的功率MOSFET 参数辨识方法,并构建了软硬件系统。

使用该系统对型号为IRF740的功率MOSFET 进行了参数辨识,得到了辨识结果。

实验结果表明,这种辨识方法是可行的。

基于同样的辨识思想,可以对其他电力电子器件参数进行辨识。

参考文献[1] 刘峰, 功率MOSFET 模型参数辨识及其有效性验证 上海大学硕士论文 2005年2月[2] Zuberek, W.M.; Konczykowska, A.; Algani, C.; Wang,H.; Dangla, J., “Simulation-based parameter extraction, its implementation and some applications” IEEProceedings: Circuits, Devices and Systems vol. 141 no. 2 Apr 1994 pp. 129-134.[3] Lauritzen,P.O, “Simulation and modeling for powerelectronics computers in power electronics” 1998, IEEE Workshop on, 22-23 Aug,1988 pp.44-51. [4] Kraus,R.;Mattausch,H.J, “Status and trends of powersemiconductor device models for circuit simulation” Power Electronics,IEEE Transactions on, vol.13, no.3, pp. 452-465.[5] Kang W.Y .,Ahn H. A Parameter Extraction Algorithmfor IGBT Behavioral Model IEEE Trans on Power Electronics, Vol.19, No.6, 2004 pp.1365-1371.x 10-6Vds(V) t(S )。

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