一种GaN器件开关速度的评估方法及系统与流程

allin2026-05-04  19


本发明涉及功率器件开关速度测量,尤其涉及一种gan器件开关速度的评估方法及系统。


背景技术:

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息,不必然构成在先技术。

2、目前,氮化镓(gan)功率器件已经广泛应用于汽车电子、手机充电器等开关电源中作为开关管,而评估开关管性能最重要的指标之一就是开关速度。现有技术中,测量gan器件开关速度的方法总体可分为两种:

3、(1)单片集成后放到实体电路中用示波器查看;但是,单片集成成本较高,一般应用于性能良好商业化的功率管。

4、(2)在商业eda软件中提取参数建模后搭建电路仿真波形查看;但是,该方法必须购买商业的eda软件才可使用。

5、对于实验中批量流片的gan器件来说,上述两种方式所需要的成本都较高,并且测试过程较为复杂。


技术实现思路

1、为了解决上述问题,本发明提出了一种gan器件开关速度的评估方法及系统,建立gan器件的大信号模型,并将gan器件的大信号模型作为开关电路中的开关管,根据开关电路的电压输出波形,评估gan器件的开关速度。

2、在一些实施方式中,采用如下技术方案:

3、一种gan器件开关速度的评估方法,包括:

4、分别测量得到gan器件的转移特性曲线、输出特性曲线以及gan器件在不同工作电压和频率下的s参数;

5、搭建gan十六参数小信号模型,基于gan器件在不同工作电压和频率下的s参数,计算得到gan十六参数小信号模型中的各个参数值;

6、构建angelov模型,基于gan器件的转移特性曲线、输出特性曲线以及gan十六参数小信号模型中的各个参数值,拟合得到angelov模型中各参数的值;

7、搭建sdd模型,将angelov模型输入到sdd模型,得到gan器件大信号模型;

8、搭建开关电路模型,将gan器件大信号模型作为开关电路中的开关管;获取所述开关电路的输出波形,基于所述输出波形评估gan器件的开关速度。

9、进一步地,所述gan十六参数小信号模型具体为由包括:栅极和源极之间的寄生电容cgs、栅极和漏极之间的寄生电容cgd、漏极和源极之间的寄生电容cds、栅极和源极之间焊盘的寄生电容cpgs、漏源之间焊盘的寄生电容cpds、栅漏之间焊盘的寄生电容cpgd、栅极处的寄生电感lg、源极处的寄生电感ls、漏极处的寄生电感ld、栅源极处的寄生电阻rs、栅漏极处的寄生电阻rd、栅极下的寄生电阻rg、栅下靠近源端的电阻ri,栅漏电阻rgd,衬底电流相关的输出电导g0和受控电流源在内的十六个元件组成的模拟电路模型。

10、进一步地,基于所述输出波形评估gan器件的开关速度,具体为:

11、根据开关电路输出电压从初始电压达到稳定电压所经历的时间,评估gan开关管的开关速度;时间越短,开关速度越快;

12、设定时间阈值,如果开关电路输出电压从初始电压达到稳定电压所经历的时间大于所述时间阈值,则gan器件的开关速度不符合要求。

13、在另一些实施方式中,采用如下技术方案:

14、一种gan器件开关速度的评估系统,包括:

15、s参数测量模块,用于分别测量得到gan器件的转移特性曲线、输出特性曲线以及gan器件在不同工作电压和频率下的s参数;

16、小信号模型构建模块,用于搭建gan十六参数小信号模型,基于gan器件在不同工作电压和频率下的s参数,计算得到gan十六参数小信号模型中的各个参数值;

17、angelov模型构建模块,用于构建angelov模型,基于gan器件的转移特性曲线、输出特性曲线以及gan十六参数小信号模型中的各个参数值,拟合得到angelov模型中各参数的值;

18、大信号模型构建模块,用于搭建sdd模型,将angelov模型输入到sdd模型,得到gan器件大信号模型;

19、开关速度测量模块,用于搭建开关电路模型,将gan器件大信号模型作为开关电路中的开关管;获取所述开关电路的输出波形,基于所述输出波形评估gan器件的开关速度。

20、与现有技术相比,本发明的有益效果是:

21、(1)本发明通过gan器件小信号模型构建gan器件大信号模型,将gan器件大信号模型作为开关电路中的开关管,根据开关电路输出电压从初始电压达到稳定电压所经历的时间评估gan开关管的开关速度。无需对流片出来的gan器件进行单片集成,也不需要购买企业的eda软件,只需测量几组器件相关参数数据后就可以在ads软件中对其建模表征其特性,进而可以在搭建的开关电路中仿真得到该gan器件的开关速度,简便易操作且成本低。

22、本发明的其他特征和附加方面的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,或通过本方面的实践了解到。



技术特征:

1.一种gan器件开关速度的评估方法,其特征在于,包括:

2.如权利要求1所述的一种gan器件开关速度的评估方法,其特征在于,所述gan十六参数小信号模型具体为由包括:栅极和源极之间的寄生电容cgs、栅极和漏极之间的寄生电容cgd、漏极和源极之间的寄生电容cds、栅极和源极之间焊盘的寄生电容cpgs、漏源之间焊盘的寄生电容cpds、栅漏之间焊盘的寄生电容cpgd、栅极处的寄生电感lg、源极处的寄生电感ls、漏极处的寄生电感ld、栅源极处的寄生电阻rs、栅漏极处的寄生电阻rd、栅极下的寄生电阻rg、栅下靠近源端的电阻ri,栅漏电阻rgd,衬底电流相关的输出电导g0和受控电流源在内的十六个元件组成的模拟电路模型。

3.如权利要求1或2所述的一种gan器件开关速度的评估方法,其特征在于,基于gan器件在不同工作电压和频率下的s参数,计算得到gan十六参数小信号模型中的各个参数值,具体为:

4.如权利要求3所述的一种gan器件开关速度的评估方法,其特征在于,将s参数转换为z参数,具体为:

5.如权利要求4所述的一种gan器件开关速度的评估方法,其特征在于,通过对角频率ω与y参数虚部拟合得到寄生电容cpgs、寄生电容cpds和寄生电容cpgd的值,具体为:

6.如权利要求4所述的一种gan器件开关速度的评估方法,其特征在于,通过对角频率ω与z参数虚部拟合得到寄生电感lg、寄生电感ls和寄生电感ld的值,具体为:

7.如权利要求4所述的一种gan器件开关速度的评估方法,其特征在于,对于寄生电阻rs、寄生电阻rd和寄生电阻rg,具体计算过程为:

8.如权利要求1所述的一种gan器件开关速度的评估方法,其特征在于,构建angelov模型,具体如下:

9.如权利要求1所述的一种gan器件开关速度的评估方法,其特征在于,基于所述输出波形评估gan器件的开关速度,具体为:

10.一种gan器件开关速度的评估系统,其特征在于,包括:


技术总结
本发明属于功率器件开关速度测量技术领域,具体公开了一种GaN器件开关速度的评估方法及系统,方法包括:搭建GaN十六参数小信号模型,计算得到GaN十六参数小信号模型中的各个参数值;构建Angelov模型,基于GaN器件的转移特性曲线、输出特性曲线以及GaN十六参数小信号模型中的各个参数值,拟合得到Angelov模型中各参数的值;将Angelov模型输入到SDD模型,得到GaN器件大信号模型;搭建开关电路模型,将GaN器件大信号模型作为开关电路中的开关管;获取所述开关电路的输出波形,基于所述输出波形评估GaN器件的开关速度。本发明可以在搭建的开关电路中仿真得到该GaN器件的开关速度,简便易操作且成本低。

技术研发人员:刘贺宇,殷和国,周思远
受保护的技术使用者:芯梦达半导体科技(济南)有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/10/31
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