来源：Novel Methodology for Fast Model Parameter Extracting Using Q_g Waveforms to Accurately Capture Switching Characteristics of SiC MOSFET Under Various Load Conditions（ISPSD 24年）

摘要

本文提出了一种快速提取模型参数的方法，该方法能够准确捕捉SiC MOSFET在不同负载条件下的开关特性。实验仪器的功率限制使得难以获得高Vds条件下的I-V数据，因此所提出的方法是从Qg波形中提取这些数据。此外，本文提出的方法放弃了传统的C-V曲线拟合，而是拟合了门极上的电荷变化ΔQg与Vds和Vgs的关系曲线来提取模型的电容参数，从而解决了现有模型无法捕捉“米勒斜坡”的问题。本文将模型写入PSPICE，并利用所提出的方法提取模型参数。实验数据证实，与现有的方法相比，所提出的方法在表征SiC MOSFET的开关波形方面表现更优。
关键词—SiC MOSFET；开关特性；米勒斜坡；模型；PSPICE

文章的研究内容

1. 背景介绍：

   • 由于实验设备的功率限制，很难在高Vds（漏源电压）条件下获取I-V（电流-电压）数据。
   • 传统方法中，通过拟合C-V（电容-电压）曲线来提取模型参数，这种方法在某些情况下不能很好地捕捉到“米勒斜坡”（Miller Ramp）现象。

2. 新方法的特点：

   • 提出的方法从Qg（栅极电荷）波形中提取I-V数据，克服了实验设备的限制。
   • 方法放弃了传统的C-V曲线拟合，而是通过拟合门极上电荷变化ΔQg与Vds（漏源电压）和Vgs（栅源电压）的关系曲线来提取模型的电容参数。
   • 这样做解决了现有模型无法准确捕捉“米勒斜坡”的问题。

3. 模型和仿真：

   • 将所提出的模型写入PSPICE（一种常用的电路仿真软件）中。
   • 利用所提出的方法提取模型参数，并对SiC MOSFET进行仿真。

4. 实验验证：

   • 通过实验数据验证了所提出的方法在表征SiC MOSFET的开关波形方面优于现有的方法。
   • 实验数据确认了新方法的有效性和准确性。

5. 关键词：

   • SiC MOSFETs（碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管）
   • 开关特性
   • 米勒斜坡
   • 模型
   • PSPICE

文章的研究方法

研究背景

SiC MOSFET因其低电阻和高速开关性能而在电源转换器中广泛应用。为了准确模拟这些器件的行为，需要一个能够精确捕捉其动态性能的模型。然而，传统的模型参数提取方法在高Vds（漏极电压）条件下受到实验设备功率限制的影响，难以获得I-V（电流-电压）数据。

新方法的特点

1. 数据提取：该方法从Qg（栅极电荷）波形中提取I-V数据，解决了高Vds条件下实验设备的功率限制问题。
2. 电容参数提取：与传统方法不同，新方法不使用C-V（电容-电压）曲线拟合，而是通过拟合门极上的电荷变化ΔQg与Vds和Vgs的关系曲线来提取电容参数。
3. 米勒斜坡问题解决：这种方法解决了现有模型中无法准确捕捉“米勒斜坡”（Miller Ramp）的问题。“米勒斜坡”是指在开关过程中，由于栅极电容的充放电作用导致的Vgs（栅源电压）变化的斜率。
4. 模型仿真：将模型写入PSPICE（一种常用的电路仿真软件），并使用提出的方法来提取模型参数。

实验验证

1. 仿真结果：实验数据证实，与现有的方法相比，所提出的方法在表征SiC MOSFET的开关波形方面表现更优。仿真结果显示，在四种不同的负载条件下，新方法能够完美匹配测量的Vgs-Time数据，并准确捕捉Vds和Vgs随时间的变化。
2. 结论：新方法不仅能够准确预测SiC MOSFET的开关损耗，而且由于不需要涉及任何与时间相关的迭代计算，所以可以快速提取参数。

文章的创新点

1. 快速参数提取方法：

   • 提出了一个快速提取SiC MOSFET模型参数的方法，这种方法可以在不同的负载条件下准确捕捉SiC MOSFET的开关特性。

2. 从Qg波形中提取I-V数据：

   • 由于实验仪器的功率限制，难以直接获取高Vds（漏源电压）条件下的I-V（电流-电压）数据。因此，文章提出的方法是从Qg（栅极电荷）波形中提取这些数据，以此来解决实验限制的问题。

3. 改进的电容参数提取方法：

   • 传统方法通常采用C-V（电容-电压）曲线拟合来提取电容参数。而本研究中，作者们提出了一个新的方法，即通过拟合门极上的电荷变化ΔQg与Vds（漏源电压）和Vgs（栅源电压）的关系曲线来提取电容参数，这种方法可以更好地捕捉到“米勒斜坡”现象。

4. 米勒斜坡的准确捕捉：

   • “米勒斜坡”是指在开关过程中，由于栅极电容的充放电作用导致的Vgs（栅源电压）变化的斜率。传统方法在提取Cdg（漏栅电容）时往往忽略了栅极电流对Cgs（栅源电容）的充放电影响，而本研究方法考虑到了这一点，从而能够更准确地捕捉到“米勒斜坡”。

5. PSPICE模型验证：

   • 该方法被编写进PSPICE模型中，并通过实验证明了这种方法在多种负载条件下比现有方法更能准确地模拟SiC MOSFET的开关波形。

6. 快速提取参数：

   • 由于该方法不需要涉及任何与时间相关的迭代计算，因此能够快速提取参数，这对于电路设计和系统设计来说是非常有用的。

文章的结论

1. 从Qg波形提取I-V数据：由于实验仪器的功率限制，难以直接获取高Vds（漏极电压）条件下的I-V（电流-电压）数据。因此，本文提出的方法是从Qg（栅极电荷）波形中提取这些数据。

2. 改进的电容参数提取方法：与传统方法不同，本文提出的方法放弃了C-V（电容-电压）曲线的拟合，而是通过拟合门极上的电荷变化ΔQg与Vds（漏极电压）和Vgs（栅源电压）的关系曲线来提取电容参数。这种方法能够更好地捕捉“米勒斜坡”（Miller Ramp）现象，即在开关过程中，由于栅极电容的充放电作用导致的Vgs（栅源电压）变化的斜率。

3. PSPICE模型验证：本文将所提出的模型编写进了PSPICE（一种常用的电路仿真软件），并通过实验数据验证了该方法的有效性。实验结果显示，与现有方法相比，本文提出的方法在四种不同的负载条件下都能准确地匹配测量的Vgs-Time数据，并且能够准确地捕捉Vds和Vgs随时间的变化，进而准确预测SiC MOSFET的开关损耗。

4. 快速提取参数：由于该方法不涉及任何与时间相关的迭代计算，因此可以快速提取参数。