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控制与算法 GaN器件 ★ 4.0

基于改进斑马算法的GaN HEMT混合小信号建模

Hybrid Small-Signal Modeling of GaN HEMT Based on Improved Zebra Optimization Algorithm

作者 李畅王军
期刊 电子元件与材料
出版日期 2025年1月
卷/期 第 44 卷 第 1 期
技术分类 控制与算法
技术标签 GaN器件
相关度评分 ★★★★ 4.0 / 5.0
关键词 GaN HEMT 小信号模型 斑马优化算法 参数提取方法 改进算法 李畅 王军 电子元件与材料 Electronic Components & Materials
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为提升半导体器件小信号建模精度并避免优化过程陷入局部最优,提出一种基于改进斑马优化算法(IZOA)的氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)混合小信号建模方法。结合数学修正法与直接提取法建立初始模型,通过引入混沌映射、反向学习策略及动态概率机制的IZOA进一步优化参数。实验结果表明,该方法将平均误差由3.47%降至0.19%,较GWO和标准ZOA分别降低0.76%和0.33%,显著提升了建模精度与算法收敛性。
为了提高半导体器件小信号建模精度并解决优化算法易陷入局部最优解的问题,提出了一种基于改进斑马优化算法(Improved Zebra Optimization Algorithm,IZOA)的氮化镓高电子迁移率晶体管(Gallium Nitride High Electron Mobility Transistor,GaN HEMT)混合小信号建模方法.采用数学修正法和直接提取法提取小信号参数,建立初步模型,再使用改进的斑马优化算法进一步提高建模的精度.对斑马优化算法(Zebra Optimization Algorithm,ZOA)的改进主要集中在三个方面:采用混沌映射提高初始种群多样性;使用反向学习策略扩大搜索范围;使用动态概率值替代固定值平衡搜索与收敛能力.实验结果表明,IZOA将直接提取法的平均误差从 3.47%降至 0.19%,相比灰狼优化(Grey Wolf Optimizer,GWO)算法(平均误差 0.95%)降低 0.76%,较标准ZOA(平均误差 0.52%)降低 0.33%,验证了算法的有效性和准确性.
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SunView 深度解读

该GaN HEMT精确建模技术对阳光电源功率器件应用具有重要价值。在ST储能变流器和SG光伏逆变器中,GaN器件可实现更高开关频率和功率密度,但需精确小信号模型支撑电路设计。该IZOA优化方法将建模误差降至0.19%,可显著提升GaN功率模块的仿真精度,优化三电平拓扑设计中的寄生参数补偿和EMI抑制策略。在车载OBC和充电桩产品中,精确的GaN模型有助于优化软开关控制、减少损耗。该混合建模方法结合直接提取与智能优化的思路,可借鉴应用于阳光电源功率器件选型、驱动电路设计及热管理优化,提升新一代高频化产品的研发效率。