晶体管开关频谱的GHz范围替代建模

《IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility》：GHz Range Surrogate Modeling of Transistor Switching Spectra

宽禁带半导体器件高频电磁干扰建模中提出基于高斯过程回归的六维参数空间测量方法，实现1GHz频域下漏电压和源电流预测，最大相对均方根误差2.1%。

　　

摘要：

宽带隙半导体器件提高了电力电子设备的效率和功率密度。然而，它们的快速开关特性加剧了高频电磁干扰问题。传统的辐射发射预测方法通常使用基于晶体管开关波形的测量或计算得到的共模信号作为交流噪声源。这些方法在带宽方面存在局限性，并且依赖于具体的工作点。本文提出了一种新的基于测量的建模方法，该方法采用高斯过程回归（GPR）模型来预测晶体管在1 GHz频率范围内的漏极电压和源极电流，从而克服了上述限制。我们设计了一种实验装置，能够在六维输入参数空间内获取晶体管在不同工作条件下的开关信号。本文通过仿真验证了该方法的可行性，证明高斯过程回归模型确实能够预测晶体管在频率域内的源极电流和漏极电压。通过使用仿真数据训练得到的高斯过程回归模型，在未见过的工况下预测晶体管在频率域内的源极电流时，其最大均方根误差（NRMSE）仅为2.1%。这些结果为电力转换器系统的辐射发射模型中的噪声源建模提供了一种新的方法。