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专利号: 2019107394295
申请人: 无锡派微科技有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.新能源汽车用大功率GaN半桥LLC充电模块,其特征是,包括:输入整流模块和GaN半桥LLC变换器模块,输入整流模块输出的高压母线Vbus和低压母线Vgnd进入GaN半桥LLC变换器模块进行DC/DC变换,得到输出高压母线Vout+和输出低压母线Vout-;

所述GaN半桥LLC变换器模块包括:PWM控制器(U1)的第一脉宽信号PWH1输出端连接到第一栅驱动电路(H1)的输入端,PWM控制器(U1)的第二脉宽信号PWL1输出端连接到第二栅驱动电路(L1)的输入端;第一栅驱动电路(H1)的输出端连接到限流电阻RH1的左端,限流电阻RH1的右端连接到GaN功率开关MHo的栅端,第三栅驱动电路(L1)的输出端连接到限流电阻RL1的左端,限流电阻RL1的右端连接到GaN功率开关MLo的栅端;GaN功率开关MHo的源端连接到高压母线Vbus,GaN功率开关MHo的漏端为半桥输出HB,半桥输出HB连接到GaN功率开关MLo的漏端和谐振电容Cr的左端,谐振电容Cr的右端连接谐振电感Lr的左端,谐振电感Lr的右端连接变压器T输入高压端,GaN功率开关MLo的源端连接到低压母线Vgnd和变压器T输入低压端;变压器T的第一输出端和输出二极管D3的阳极相连,变压器T的第四输出端和输出二极管D4的阳极相连,变压器T的第二和第三输出端同时连接到输出电容Co的下端、检测电路(U2)的第一输入端口和输出低压母线端Vout-相连;输出二极管D3的阴极和输出二极管D4的阴极相连,并连接到输出电容Co的上端和输出电感Lo的左端;输出电感Lo的右端为检测电路(U2)的第二输入端口和输出高压母线端Vout+;检测电路(U2)输出的对GaN半桥LLC变换器模块的电压检测信号、电流检测信号和温度检测信号分别连接到反馈电路(U3)的输入端;反馈电路(U3)将所述电压检测信号、电流检测信号和温度检测信号分别处理为反馈信号,输出给PWM控制器(U1)。

2.根据权利要求1所述的新能源汽车用大功率GaN半桥LLC充电模块,其特征是,所述输入整流模块和GaN半桥LLC变换器模块在版图实现时采用双面布局结构,包括:输入高压区(1)和LLC版图区(3),以及跨接在输入高压区(1)和LLC版图区(3)之间的高压母线Vbus版图区和低压母线Vgnd版图区;输入整流模块实现为所述输入高压区(1),位于正面;

所述LLC版图区(3)包括:LLC输入高压区(31)、变压器T版图区(32)、LLC输出电压区(33)和LLC低压供电区(34),其中LLC输入高压区(31)、变压器T版图区(32)、LLC输出电压区(33)分布在正面,LLC低压供电区(34)分布在反面,正面和反面之间的第二脉宽信号PWL1、第一脉宽信号PWH1以及检测电路(U2)输出的电压检测信号、电流检测信号和温度检测信号通过通孔连接信号;

所述LLC输入高压区(31)内部包括:第一栅驱动电路(H1)版图区、第二栅驱动电路(L1)版图区、限流电阻RH1版图区、限流电阻RL1版图区、GaN功率开关MHo版图区、GaN功率开关MLo版图区、第一散热器版图区、谐振电容Cr版图区、谐振电感Lr版图区、半桥输出HB版图区、高压母线Vbus版图区的局部和低压母线Vgnd版图区的局部,所述第一散热器版图区、谐振电容Cr版图区、谐振电感Lr版图区分布在半桥输出HB版图区的内部;

所述LLC输出电压区(33)内部包括:第二散热器版图区、输出二极管D3版图区、输出二极管D4版图区、输出电感Lo版图区、输出电容Co版图区、检测电路(U2)版图区、输出高压母线Vout+版图区和输出低压母线Vout-版图区;

所述变压器T版图区(32)跨接在LLC输入高压区(31)和LLC输出电压区(33)之间,变压器的版图区左侧,即变压器输入端部分版图区,和半桥输出HB版图区的右侧重合;变压器的版图区右侧,即变压器输出端部分版图区,和第二散热器版图区的左侧重合;

所述LLC低压供电区(34)内部包含PWM控制器(U1)版图区、反馈电路(U3)版图区和LLC低压地线版图区。

3.根据权利要求2所述的新能源汽车用大功率GaN半桥LLC充电模块,其特征是:所述的GaN功率开关MHo和GaN功率开关MLo均采用多个小电流GaN功率开关并联来实现大电流输出,并且均采用LGA封装形式的HEMT器件。

4.根据权利要求3所述的新能源汽车用大功率GaN半桥LLC充电模块,其特征是:所述高压母线Vbus版图区采用C型半包围结构,其包围的空间内分布有通孔P_PWH1版图区、第一栅驱动电路(H1)版图区、限流电阻RH1版图区、HEMT器件MHo1版图区和HEMT器件MHo2版图区;

HEMT器件MHo1和HEMT器件MHo2并联构成GaN功率开关MHo;

所述HEMT器件MHo1版图区和HEMT器件MHo2的版图区的左侧,即栅端位置朝向限流电阻RH1的右端PH1,限流电阻RH1的右端PH1到HEMT器件MHo1的栅端的金属线和限流电阻RH1的右端PH1到HEMT器件MHo2的栅端的金属线长度必须严格相等,并且两根金属线的长度均小于5mm,同时之间的夹角小于120度;

所述高压母线Vbus版图区的C型半包围结构的两个端部均为直角三角形形状,2个三角形的斜边相对,分别连接HEMT器件MHo1版图区和HEMT器件MHo2版图区的源极;高压母线Vbus版图区内部全部为金属层覆盖,并且包含通孔P_H11版图区和通孔P_H21版图区;

HEMT器件MHo1版图区和HEMT器件MHo2版图区的漏极之间夹着半桥输出HB版图区的左上角,该左上角形状为一个顶角朝左且为锐角的等腰三角形,并且等腰三角形内部存在一个通孔P_T11版图区;

所述低压母线Vgnd版图区采用C型半包围结构,其包围的空间内分布有通孔P_PWL1版图区、第二栅驱动电路(L1)版图区、限流电阻RL1版图区、HEMT器件MLo1版图区和HEMT器件MLo2版图区;HEMT器件MLo1和HEMT器件MLo2并联构成GaN功率开关MLo;

所述HEMT器件MLo1版图区和HEMT器件MLo2的版图区的左侧,即栅端位置朝向限流电阻RL1的右端PL1,限流电阻RL1的右端PL1到HEMT器件MLo1的栅端的金属线和限流电阻RL1的右端PL1到HEMT器件MLo2的栅端的金属线长度必须严格相等,并且两根金属线的长度均小于5mm,同时之间的夹角小于120度;

所述低压母线Vgnd版图区的C型半包围结构的两个端部均为直角三角形形状,2个三角形的斜边相对,分别连接HEMT器件MLo1版图区和HEMT器件MLo2版图区的源极;所述低压母线Vgnd版图区内部全部为金属层覆盖,并且包含通孔P_L11版图区和通孔P_L21版图区;

HEMT器件MLo1版图区和HEMT器件MLo2版图区的漏极之间夹着半桥输出HB版图区的左下角,该左下角形状为一个顶角朝左且为锐角的等腰三角形,并且等腰三角形内部存在一个通孔P_T21版图区。

5.根据权利要求2所述的新能源汽车用大功率GaN半桥LLC充电模块,其特征是:负责传输第一脉宽信号PWH1和第二脉宽信号PWL1的两根金属线长度、宽度和厚度都必须严格相等;两根金属线采用平行走线方式,相互之间垂直距离不大于2mm,两根金属线布局走过的区域由低压地线进行隔离保护。