[发明专利]一种并联电容中间布局的低寄生电感GaN功率集成模块

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及并联电容中间布局的低寄生电感GaN功率集成模块。 

背景技术

GaN功率器件是近几年出现并逐步商业化的热门新材料器件，与Si器件相比具有优越的通态特性和非常好的开关特性，因此在较短的时间内就吸引了工业界的关注，从事应用研究的学者们也开展了大量的研究工作，将其应用到POL、DC/DC等低压、小功率的电源装置中。研究表明，用GaN器件替换Si器件可以大幅度提高开关频率，同时保持了良好的效率指标。毫无疑问，在低压、小功率应用中，GaN器件将会获得越来越普遍的应用，并极大的促进这些领域电源装置在功率密度、效率等方面的性能的提高。 

但在GaN器件的应用过程中，也出现了一些亟待解决的关键性问题，如：GaN器件的栅极驱动电荷(Qg)很小，结电容也非常小，因此开关速度比Si器件快得多。好的一面是可以提高开关频率，但坏的一面就是开关过程中开关支路的电流变化非常迅速、di/dt很高。由于功率回路中不可避免的存在寄生电感，当电流迅速变化时，在开关器件两端会产生很高的尖峰过电压。轻则造成电路误动作、EMI超标，重则导致器件击穿损坏。GaN器件很高的开关速度导致其开关过程中的寄生振荡和过电压现象远比Si器件明显。GaN器件由于开关速度更快，因此对电路中的寄生电感更为敏感。如果布线不够优化，寄生电感较大，则会直接影响电路的正常工作。 

针对GaN器件应用的这些问题，已经开展了一些研究工作，现有针对GaN器件的布局和布线方案，有效地减小了高频功率回路电感，最优结构为0.4nH，是目前最好的方案。然而，寄生振荡现象依然存在，有必要进一步优化布局和布线方式以减小高频功率回路电感。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种并联电容中间布局的低寄生电感GaN功率集成模块，通过优化布局和布线方式，能够有效的降低回路寄生电感。 

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是： 

包括上桥臂器件、下桥臂器件和母线电容，上桥臂器件、下桥臂器件和母线电容设置于基板的同一侧表面，上桥臂器件和下桥臂器件平行并排放置，母线电容安放在上桥臂器件与下桥臂器件中间；上桥臂器件的所有漏极在靠近母线电容侧与母线电容的一个电极相连，下桥臂器件的所有源极在靠近母线电容侧与母线电容的另一个电极相连；上桥臂器件的所有源 极通过基板上的过孔与基板内的中间导电层相连，下桥臂器件的所有漏极通过基板上的过孔与所述中间导电层相连。 

所述上桥臂器件和下桥臂器件均为LGA封装的GaN器件。 

所述母线电容由多个贴片电容并联组成。 

所述中间导电层是一个导电平面。 

所述基板为PCB板或LTCC板。 

本发明的有益效果是：本发明采用的布局方式，可以有效地减小高频功率回路的面积，从而明显地降低了高频功率回路寄生电感。中间导电层采用一个完整的导电平面，利用其去磁作用，可以进一步地减小高频功率回路寄生电感。本发明所述功率集成模块适用于LGA封装形式的GaN器件，可以明显地降低高频功率回路的寄生电感，使得应用中的开关回路避免出现过大的振荡和尖峰。 

附图说明

图1是功率集成模块中带母线电容的桥臂电路图； 

图2是本发明的结构三维示意图； 

图3是本发明的结构俯视图； 

图4是图3的A--A剖视图； 

图5是图3的B--B剖视图； 

图6是基于功率集成模块的BUCK电路实验波形； 

图中：1.上桥臂器件，2.下桥臂器件，3.母线电容，4.母线电压正极，5.母线电压负极，6.中间导电层，7.基板，8.连接上桥臂器件源极和中间导电层的过孔，9.连接下桥臂器件漏极和中间导电层的过孔，10.高频功率回路。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。 

本发明所述GaN功率集成模块中上桥臂器件1、下桥臂器件2和母线电容3顺序相连构成高频功率回路10，上桥臂器件1和下桥臂器件2平行并排放置，母线电容3安放在上桥臂器件1与下桥臂器件2中间；上桥臂器件1的所有漏极在靠近母线电容侧连接到母线电容3的一个电极，下桥臂器件2的所有源极在靠近母线电容侧连接到母线电容3的另一个电极；上桥臂器件1的所有源极通过过孔连接到中间导电层6，下桥臂器件2的所有漏极通过过孔连接到中间导电层6。具体描述如下： 

如图1所示，上桥臂器件1、下桥臂器件2和母线电容3顺序相连构成高频功率回路10。