阅读说明：本技术 一种功率器件漏源寄生电容子电路模型及其建模方法 (Power device drain-source parasitic capacitance sub-circuit model and modeling method thereof ) 是由 孙亚宾 谢沛东 刘赟 石艳玲 李小进 顾昀浦 刘静 于 2021-07-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种功率器件漏源寄生电容子电路模型及其建模方法,在本发明中,采用在漏端节点和源端节点之间加入可变电容的方法来对漏源电容Cds建模。首先结合流片器件的漏源电容电压的实测数据,利用Origin数据处理软件处理数据；然后在Origin中分析并建立电容和电压的拟合式得到对应的系数；进而在模型文件中按照格式输入相应的拟合式系数数据,得到一个完整的模型；最后利用HSPICE仿真器仿真漏源电容随漏源电压变化的结果,结果显示本发明公开的方法对漏源电容的建模相较于常规的采用二极管结电容对功率器件漏源电容建模的方法更加灵活且精准。(The invention discloses a power device drain-source parasitic capacitance sub-circuit model and a modeling method thereof. Firstly, combining the actually measured data of the drain-source capacitance voltage of a flow sheet device, and processing the data by using Origin data processing software; then analyzing and establishing a fitting equation of the capacitance and the voltage in Origin to obtain a corresponding coefficient; inputting corresponding fitting type coefficient data in the model file according to the format to obtain a complete model; and finally, simulating the result that the drain-source capacitance changes along with the drain-source voltage by using the HSPICE simulator, wherein the result shows that the drain-source capacitance modeling method disclosed by the invention is more flexible and accurate compared with the conventional method for modeling the drain-source capacitance of the power device by adopting the diode junction capacitance.)

一种功率器件漏源寄生电容子电路模型及其建模方法

技术领域

本发明属于功率器件的建模与仿真领域，具体涉及一种功率器件漏源寄生电容子电路模型及其建模方法。

背景技术

电路的性能仿真是在器件模型的基础上进行的，仿真结果的准确与否，主要取决于器件模型的精确度。所以，器件模型也被视为工艺生产和电路设计之间的桥梁，是十分关键的环节。目前国内外对于功率器件建模方法一般是等效电路宏模型(Macro Model)的方法，即通过对SPICE通用库中的基本器件物理模型分别组合来表征复杂器件或者新型电子器件的等效电路模型。通过SPICE子电路形式对SGT MOSFET等功率器件的建模是最便捷高效的方法。通常功率器件的子电路模型由两大部分组成，模拟直流特性的部分和模拟交流特性的部分。交流特性中最重要的就是对器件各寄生电容的模拟，各寄生电容的大小直接影响了器件的开关速度和开关功耗，所以对各个寄生电容的建模显得尤为重要。

对于SGT MOSFET等功率器件，结构中由于其Trench中有一块与源极短接的屏蔽栅(Shield)，结构的特殊性导致漏源电容随漏源电压变化出现两个明显的斜率变化，从而导致漏源电容的建模出现较大的误差。目前普遍采用的模型中漏源电容是由加在漏源两端的一个二极管来模拟的，用二极管结电容对漏源电容建模会出现比较大的误差，不能满足产业标准，对后续的电路设计仿真造成影响。

发明内容

本发明的目的是针对功率器件建模与仿真领域，提出了一种新的模型及建模方法，具体是一种功率器件漏源寄生电容子电路模型及其建模方法，该方法建立的模型比目前主流建模方法更加灵活准确。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种功率器件漏源寄生电容子电路模型的建模方法，该方法包括以下具体步骤：

步骤1：流片的电容电压数据处理

首先基于流片器件的漏源电容电压实测数据，并将电容电压实测数据导入到Origin软件中；然后在Origin软件中利用拟合方式建立以漏源电压为自变量、漏源电容为因变量的六阶多项式的拟合式(1)，得到拟合式中的系数A、B₁、B₂、B₃、B₄、B₅、B₆；

Cds＝A+B₁*Vds+B₂*Vds²+B₃*Vds³+B₄*Vds⁴+B₅*Vds⁵+B₆*Vds⁶ (1)

式中，Vds为漏源电压，Cds为漏源寄生电容；

步骤2：功率器件漏源寄生电容子电路建模

在设有子电路模型结构的模型文件中依次将步骤1中得到的系数填入所述的模型文件中，得到所述功率器件漏源寄生电容子电路模型。

一种上述方法构建的功率器件漏源寄生电容子电路模型，所述子电路模型包括：漏极端口节点D、栅极端口节点G、源极端口节点S、漏极寄生电阻Rd、栅极寄生电阻Rg、源极寄生电阻Rs、栅漏寄生电容Cgd、栅源寄生电容Cgs、漏源寄生可变电容Cds、寄生体二极管Dbody、MOS管、第一节点、第二节点及第三节点，漏极寄生电阻Rd一端连接漏极端口节点D、另一端连接第一节点，栅极寄生电阻Rg一端连接栅极端口节点G、另一端连接第二节点，源极寄生电阻Rs一端连接源极端口节点S、另一端连接第三节点，栅漏寄生电容Cgd一端连接第二节点、另一端连接第一节点，栅源寄生电容Cgs一端连接第二节点、另一端连接第三节点，MOS管的漏、栅及源极分别连接第一节点、第二节点及第三节点，寄生体二极管Dbody正极连接第三节点、负极连接第一节点，漏源寄生可变电容Cds一端连接第一节点、另一端连接第三节点。

通过HSPICE对漏源电容的仿真，并且与流片实测数据对比，结果证明用本方法对漏源电容的建模更加灵活且准确。

本发明的有益效果：相对于一般情况用二极管结电容对漏源电容进行建模，本发明在模型子电路第三节点和第一节点之间加入了一个可变电容Cds，此可变电容Cds满足高阶多项式，可以根据不同的电容数据选择合适的拟合式来对漏源电容Cds建模，提高了建模的灵活性；同时本发明对漏源电容Cds建模方法提高了建模的精度，建模的准确度相对于一般用二极管结电容对漏源电容建模的方法来的更加高，并且能很好地满足产业界的标准。

本发明对漏源电容的建模更加灵活准确，从而保证了后续电路仿真的准确性和可靠性。

附图说明

图1为本发明的建模流程图；

图2为本发明的子电路模型结构图；

图3为本发明与现有建模方法的仿真验证结果对比图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明做详细描述。

实施例

参阅图1，本实施例的建模过程具体包括：

1、数据处理

流片的电容电压数据处理：首先基于流片器件的漏源电容电压实测试数据，并将实测试电容电压数据导入到Origin软件中；然后在Origin软件中处理数据，利用拟合功能建立以漏源电压为自变量漏源电容为因变量的六阶多项式拟合式，如表达式(1)，最后得到拟合式中的关键系数，如表达式(1)中A、B₁、B₂、B₃、B₄、B₅、B₆；

Cds＝A+B₁*Vds+B₂*Vds²+B₃*Vds³+B₄*Vds⁴+B₅*Vds⁵+B₆*Vds⁶ (1)

式中，Vds为漏源电压；

2、建立模型文件

在模型文件中按照图2的子电路模型结构构建完整的子电路模型。其中D、G、S分别代表器件的漏极、栅极、源极三个端口，Rd、Rs、Rg为寄生电阻，Cgd、Cgs分别为表示寄生电容栅漏电容、栅源电容，MOS为子电路模型中的core mosfet用来模拟器件基本的直流特性，Dbody为模拟器件的寄生体二极管，可变电容Cds为寄生漏源电容。其中漏极寄生电阻Rd分别连接节点D和节点1，栅极寄生电阻Rg分别连接节点G和节点2，源极寄生电阻Rs分别连接节点S和节点3，栅漏寄生电容Cgd分别连接节点2和节点1，栅源寄生电容分别连接节点2和节点3，core mosfet MOS的漏、栅、源极分别连接节点1、2、3，寄生体二极管Dbody分别连接节点3和节点1，漏源寄生可变电容Cds分别连接节点1和节点3。

3、将相应的关键系数输入到子电路模型的模型文件

相对于一般情况用二极管结电容对漏源电容进行建模，本发明在模型文件中的漏源两端节点3和节点1之间加入了一个可变电容Cds，在子电路模型文件中按照格式将之前得到的系数填入到子电路模型文件中，得到一个完整的模型。

4、对模型进行电容仿真验证模型准确性

参阅图3(a)为传统二极管建模方法仿真数据与流片数据对比，图3(b)为本发明建模方法仿真数据与流片数据对比。其中图3(a)中仿真数据与流片数据的均方根误差为7.5％，图3(b)中仿真数据与流片数据的均方根误差为1.6％。

通过HSPICE对漏源电容的仿真，并且用仿真数据与流片实测数据对比，结果显示仿真数据与流片实测数据均方根误差在5％以内(如图3(b))。