基于量子遗传算法的功率二极管物理模型参数提取研究

摘要

功率半导体器件在能源高效转换、系统精准控制及新能源利用等方面有着得天独厚的优势，如何利用功率半导体器件组成的电力电子系统来提高能源的利用效率、减少单位电量的使用成本、降低工业的污染排放是电力电子研究领域亟待解决的重要课题。这就需要系统深入研究功率半导体器件的工作机理及其物理模型的关键参数，了解其工作时的动态特性，从而实现高效可靠利用电力电子系统的目标。
　　本文以PIN型功率二极管作为研究对象，系统分析了PIN型功率二极管的物理结构及其工作机理，对其静态、动态特性及物理模型进行了详细分析。提出一种运用Saber软件和Matlab软件协同，将实验结果波形与仿真数据相比较，通过量子遗传优化算法提取功率二极管物理模型技术参数的方法。
　　该方法选用能够体现功率二极管空间电荷区及载流子分布特性的动态过程作为研究对象，运用Saber软件调用Matlab软件，并通过它们之间的数据接口来传递仿真和优化所获得的参数数据。在Matlab软件中将初始载入的试验结果波形数据与包含待提取参数的二极管物理模型的仿真数据相比对，运用量子遗传算法优化待提取的参数值，并将优化所得参数值传入Saber软件中继续仿真，通过AIM语言编程实现这样一个优化循环进程，最终实现试验结果波形与仿真波形高度相似，从而得出需要的功率二极管模型参数。
　　最后，为验证该参数提取方法的有效性，进行了验证实验，通过实验可知该方法所提取出的参数能够准确描述功率二极管的动态特性，证明该方法是有效可靠的。

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1 绪论

1.1引言

1.2功率半导体器件参数提取的发展及研究现状

1.3研究内容与创新

2功率二极管基本结构及其物理模型

2.1功率二极管结构及特点

2.2功率二极管静态特性

2.3功率二极管动态特性

2.4本章小结

3优化算法及其适应度函数

3.1量子遗传算法

3.2适应度函数

3.3本章小结

4功率二极管物理模型参数优化提取

4.1功率二极管物理模型参数确定

4.2功率二极管动态特性仿真

4.3 Saber与Matlab数据传输

4.4功率二极管物理模型参数提取方法

4.5参数提取结果

4.6本章小结

5功率二极管物理模型参数提取方法有效性验证

5.1参数提取方法验证平台

5.2参数提取方法验证

5.3本章小结

结论与展望

参考文献

附录A 程序代码及说明

攻读硕士学位期间学术论文及科研情况

致谢