análise de desempenho de algoritmos de otimização para extração de parâmetros em modelos ...

152 Pages·2013·5.36 MB·Portuguese

A
NÁLISE DE DESEMPENHO DE
ALGORITMOS DE OTIMIZAÇÃO PARA
EXTRAÇÃO DE PARÂMETROS EM
MODELOS SEMICONDUTORES DE

POTÊNCIA
Nadil António Sanches Tavares

Departamento de Engenharia Eletrotécnica
Instituto Superior de Engenharia do Porto
2013

Este relatório satisfaz, parcialmente, os requisitos que constam da Ficha de Disciplina de
Tese, do 2º ano, do Mestrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores
Candidato: Nadil António Sanches Tavares, Nº 1030844, [email protected]
Orientação científica: Rui Chibante, [email protected]
Empresa:
Supervisão: Rui Chibante, [email protected]

Departamento de Engenharia Eletrotécnica
Instituto Superior de Engenharia do Porto

27 de Abril de 2013

Aos meus pais, Maria Rosa e Cipriano Tavares, e principalmente a minha filha Maria Eduarda

i
ii
Agradecimentos
Ao professor Doutor Rui Chibante pela sua orientação e incondicional apoio durante toda
esta etapa. Em especial o meu obrigado por, desde sempre, ter acreditado e estimulado a
realização deste projeto.

A todos os Colegas do Departamento de Engenharia Eletrotécnica do Instituto Superior de
Engenharia pela amizade que se refletiu numa constante disponibilidade, da qual nem
sempre soube tirar partido.

Ao Instituto Superior de Engenharia e Departamento da Eletrotécnica, na pessoa dos
responsáveis dos seus órgãos de gestão, por me terem proporcionado todos as condições
para a realização desta dissertação.

A todos aqueles que direta ou indiretamente se cruzaram no meu percurso, o meu
reconhecimento.

A família e aos amigos, dentro e fora do curso, que com uma atitude critica construtiva, me
ajudaram e incentivaram na realização deste trabalho.

iii
iv
Resumo
Apresenta-se nesta tese uma revisão da literatura sobre a modelação de semicondutores de
potência baseada na física e posterior análise de desempenho de dois métodos estocásticos,
Particle Swarm Optimizaton (PSO) e Simulated Annealing (SA), quando utilizado para
identificação eficiente de parâmetros de modelos de dispositivos semicondutores de
potência, baseado na física. O conhecimento dos valores destes parâmetros, para cada
dispositivo, é fundamental para uma simulação precisa do comportamento dinâmico do
semicondutor. Os parâmetros são extraídos passo-a-passo durante simulação transiente e
desempenham um papel relevante.
Uma outra abordagem interessante nesta tese relaciona-se com o facto de que nos últimos
anos, os métodos de modelação para dispositivos de potência têm emergido, com alta
precisão e baixo tempo de execução baseado na Equação de Difusão Ambipolar (EDA)
para díodos de potência e implementação no MATLAB numa estratégia de otimização
formal.
A equação da EDA é resolvida numericamente sob várias condições de injeções e o
modelo é desenvolvido e implementado como um subcircuito no simulador IsSpice.
Larguras de camada de depleção, área total do dispositivo, nível de dopagem, entre outras,
são alguns dos parâmetros extraídos do modelo.
Extração de parâmetros é uma parte importante de desenvolvimento de modelo. O objetivo
de extração de parâmetros e otimização é determinar tais valores de parâmetros de modelo
de dispositivo que minimiza as diferenças entre um conjunto de características medidas e
resultados obtidos pela simulação de modelo de dispositivo. Este processo de minimização
é frequentemente chamado de ajuste de características de modelos para dados de medição.
O algoritmo implementado, PSO é uma técnica de heurística de otimização promissora,
eficiente e recentemente proposta por Kennedy e Eberhart, baseado no comportamento
social.
As técnicas propostas são encontradas para serem robustas e capazes de alcançar uma
solução que é caracterizada para ser precisa e global.
v
vi