IGBT设计参数全局优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种IGBT设计参数全局优化方法及系统，采用粒子群算法实现全局最优设计参数的自动搜寻，设计者只需要给性能要求便可实现全局最优参数的自动搜寻，对IGBT芯片设计者经验依赖程度低，降低了人工提取难度和成本，适用性更广；在全局最优性能设计参数的选择过程中，合理考虑了多种性能的权衡关系，实现了设计参数的全局最优。本发明专利技术设计参数全局优化过程高效可靠。优化过程高效可靠。优化过程高效可靠。

【技术实现步骤摘要】
是介于0和1之间的随机数，为第t次迭代时，第i个粒子在第d维度上的个体最优位置，为第t次迭代时，第d维度上的群体最优位置；利用更新后的位置更新性能评估函数；其中，个体最优位置是指：对于任一粒子，若该粒子对应的更新的性能评估函数值优于该粒子的历史性能评估函数值，则该粒子的位置为个体最优位置；群体最优位置是指当前迭代中所有粒子对应的评估函数值中的最小值对应的粒子的位置；S3、判断是否达到终止条件，若是，则输出更新后的位置对应的设计参数值；否则，迭代次数加1，返回步骤S2。
[0006]本专利技术采用粒子群算法实现全局最优设计参数的自动搜寻，设计者只需要给出性能要求便可实现全局最优参数的自动搜寻，因此本专利技术对IGBT芯片设计者经验依赖程度低，降低了人工提取难度和成本，适用性更广。本专利技术合理利用了物理模型可以快速进行迭代的优势，采用粒子群优化算法，使得设计参数全局优化过程高效可靠，极大地提高了IGBT芯片的设计效率。
[0007]进一步地，本专利技术中，所述性能评估函数可以为导通特性评估函数SSE
ON
，所述导通特性评估函数SSE
ON
表达式为：；其中X
ON
为设计参数对应的导通电压，ER
ON
为导通电压预期值，ω
ON
、b
ON
、K
ON
为权衡常数。
[0008]进一步地，本专利技术中，所述性能评估函数可以为阻断特性评估函数SSE
OFF
，所述阻断特性评估函数SSE
OFF
表达式为：；其中X
OFF
为设计参数对应的穿通电压，ER
OFF
为导通电压预期值，，q是单位电子电荷，ε为硅的介电常数，N
B
为N
‑
漂移区掺杂浓度，W
B
为N
‑
漂移区厚度，ER
OFF
为穿通电压预期值，ω
OFF
、b
OFF
、K
OFF
为权衡常数。
[0009]进一步地，本专利技术中，所述性能评估函数可以为开关损耗评估函数SSE
E
，所述开关损耗评估函数SSE
E
表达式为：；其中X
E
为设计参数对应的开关损耗， ER
E
为开关损耗预期值，ω
E
、b
E
、K
E
为权衡常数。
[0010]进一步地，为了提高IGBT芯片设计的可靠性，本专利技术中，所述性能评估函数可以为短路能力评估函数SSE
SC
，所述短路能力评估函数SSE
SC
表达式为：，其中X
SC
为设计参数对应的短路时间，，T
CR
为IGBT芯片承受的最高临界温度，T
HS
为IGBT芯片初始温度，V
DC
是集电极直流电源电压，J
C，SAT
为IGBT饱和电流密度，C
V
是容积比热，ER
SC
为短路时间预期结果值，ω
SC
、b
SC
、K
SC
为权衡常数，W
B
为N
‑
漂移区厚度，W
H
为缓冲层厚度。
[0011]所述性能评估函数SSE表达式为：SSE=SSE
ON
+SSE
OFF
+SSE
E
+SSE
SC
；其中，SSE
ON
为导通特性评估函数，SSE
OFF
为阻断特性评估函数，SSE
E
为开关损耗评估函数，SSE
SC
为短路能力评估函数；所述导通特性评估函数SSE
ON
表达式为：；其中X
ON
为设计参数对应的导通电压，ER
ON
为导通电压预期值；所述阻断特性评估函数SSE
OFF
表达式为：； X
OFF
为设计参数对应的穿通电压，，q是单位电子电荷，ε为硅的介电常数，N
B
为N
‑
漂移区掺杂浓度；W
B
为N
‑
漂移区厚度，ER
OFF
为穿通电压预期值；所述开关损耗评估函数SSE
E
表达式为：； X
E
为设计参数对应的开关损耗，ER
E
为开关损耗预期值；所述短路能力评估函数SSE
SC
表达式为：， X
SC
为设计参数对应的短路时间， ，T
CR
为IGBT芯片承受的最高临界温度，T
HS
为IGBT芯片初始温度，V
DC
是集电极直流电源电压，J
C，SAT
为IGBT饱和电流密度，C
V
是容积比热，ER
SC
为短路时间预期结果值，W
B
为N
‑
漂移区厚度，W
H
为缓冲层厚度；ω
ON
、b
ON
、K
ON
、ω
OFF
、b
OFF
、K
OFF
、ω
E
、b
E
、K
E
、ω
SC
、b
SC
、K
SC
为权衡常数。
[0012]本专利技术中，所述终止条件为：第t+1次迭代完成后，粒子群的群体最优位置矩阵所对应的设计参数性能评估函数值小于或等于预设的参数性能评估函数阈值。
[0013]本专利技术中，所述终止条件还可以为：迭代次数达到预设最大迭代次数。
[0014]本专利技术中，所述设计参数可以包括：MOS跨导系数，单元间半宽，芯片有源面积，单元间面积与有源器件面积之比，N
‑
漂移区掺杂浓度，N
‑
漂移区厚度，N
‑
漂移区载流子寿命，门极电容，门极阈值电压，沟槽深度，缓冲层掺杂浓度，缓冲层载流子寿命，缓冲层厚度。
[0015]作为一个专利技术构思，本专利技术还提供了一种IGBT设计参数全局优化系统，其包括：一个或多个处理器；存储器，其上存储有一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现本专利技术上述方法的步骤。
[0016]与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：（1）本专利技术采用粒子群算法实现全局最优设计参数的自动搜寻，设计者只需要给性能要求便可实现全局最优参数的自动搜寻，对IGBT芯片设计者经验依赖程度低，降低了人工提取难度和成本，适用性更广；（2）在全局最优性能设计参数的选择过程中，合理考虑了多种性能的权衡关系，实现了设计参数的全局最优；（3）本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种IGBT设计参数全局优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、定义每个粒子的维度为D，D为待优化的IGBT设计参数数量，粒子的每个维度的位置对应设计参数变量值，初始化设计参数的优化范围，初始化粒子的速度和位置；将第i个粒子各个维度的位置分别赋值至对应的设计参数，利用各个粒子的设计参数值初始化各个粒子的性能评估函数；其中，i=1，2，
……
，N；N为粒子个数；所述性能评估函数用于评估设计参数对应的导通特性、阻断特性、开关损耗和短路能力中的一种或多种；S2、利用下式更新第t+1次迭代时，第i个粒子在第d维度上的位置：；其中，为第t次迭代时，第i个粒子在第d维度上的位置，t≥1，d=1，2，
……
，D；，为第t+1次迭代时，第i个粒子在第d维度上的速度，ω为惯性权重，C1和C2分别为个体权重和群体权重，R1和R2是介于0和1之间的随机数，为第t次迭代时，第i个粒子在第d维度上的个体最优位置，为第t次迭代时，第d维度上的群体最优位置；利用更新后的位置更新性能评估函数；其中，个体最优位置是指：对于任一粒子，若该粒子对应的更新的性能评估函数值优于该粒子的历史性能评估函数值，则该粒子的位置为个体最优位置；群体最优位置是指当前迭代中所有粒子对应的评估函数值中的最小值对应的粒子的位置；S3、判断是否达到终止条件，若是，则输出更新后的位置对应的设计参数值；否则，迭代次数加1，返回步骤S2。2.根据权利要求1所述的IGBT设计参数全局优化方法，其特征在于，所述性能评估函数为导通特性评估函数SSE
ON
，所述导通特性评估函数SSE
ON
表达式为：；其中X
ON
为设计参数对应的导通电压，ER
ON
为导通电压预期值，ω
ON
、b
ON
、K
ON
为权衡常数。3.根据权利要求1所述的IGBT设计参数全局优化方法，其特征在于，所述性能评估函数为阻断特性评估函数SSE
OFF
，所述阻断特性评估函数SSE
OFF
表达式为：；其中X
OFF
为设计参数对应的穿通电压，ER
OFF
为导通电压预期值，，q是单位电子电荷，ε为硅的介电常数，N
B
为N
‑
漂移区掺杂浓度，W
B
为N
‑
漂移区厚度，ER
OFF
为穿通电压预期值，ω
OFF
、b
OFF
、K
OFF
为权衡常数。4.根据权利要求1所述的IGBT设计参数全局优化方法，其特征在于，所述性能评估函数为开关损耗评估函数SSE
E
，所述开关损耗评估函数SSE
E
表达式为：；其中X
E
为设计参数对应的开关损耗， ER
E
为开关损耗
预期值，ω
E
、b
E
、K
E
为权衡常数。5.根据权利要求1所述的IGBT设计参数全局优化方法，其特征在于，所述性能评估函数为短路能力评估函数SSE
SC
，所述短路能力评估函数SSE
SC
表达式为：，其中X
SC
为设计参数对应的短路时间，，T
CR
为IGBT芯片承受的最高临界温度，T
HS
为IGBT芯片初始温度，V
DC
是集电极直流电源电压，J
C，SAT
为IGBT饱和电流密度，C
V
是容积比热，ER
SC
为短路时间预期结果值，ω
S...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鑫，王岳松，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：