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专利号: 2019107394488
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.用于无线充电系统的GaN交错并联PFC电源模块,其特征是,包括:EMI滤波电路(U3)、全桥整流电路(U2)、电感L1、电感L2、PFC控制器(U1)、第一栅驱动电路(H)、第二栅驱动电路(L)、GaN功率开关MH、GaN功率开关ML、限流电阻RH、限流电阻RL、输出二极管D1、输出二极管D2、输出电容C1、检测电路(U4)和反馈电路(U5);

PFC控制器(U1)的第一脉宽信号PWH输出端连接到第一栅驱动电路(H)的输入端,PFC控制器(U1)的第二脉宽信号PWL输出端连接到第二栅驱动电路(L)的输入端;第一栅驱动电路(H)的输出端连接到限流电阻RH的左端,限流电阻RH的右端连接到GaN功率开关MH的栅端,第二栅驱动电路(L)的输出端连接到限流电阻RL的左端,限流电阻RL的右端连接到GaN功率开关ML的栅端;GaN功率开关MH的漏端连接到电感L1的右端VH和输出二极管D1的阳极,GaN功率开关MH的源端为输出低压母线Vout-和功率开关管ML的源端,并且连接到检测电路(U4)的第一输入端口和输出电容C1的下端;GaN功率开关ML的漏端连接到电感L2的右端VL和输出二极管D2的阳极;输出二极管D1和输出二极管D2的阴极相连,还连接到输出高压母线端Vout+、检测电路(U4)的第二输入端口和输出电容C1的上端;输入高压交流母线AC连接到EMI滤波电路(U3)的输入端,EMI滤波电路(U3)的输出连接到全桥整流电路(U2)的输入端,全桥整流电路(U2)的输出端DC连接到电感L1和电感L2的左端;检测电路(U4)输出的电压检测信号、电流检测信号和温度检测信号分别连接到反馈电路(U5)的输入端;反馈电路(U1)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PFC控制器(U1);

电路在版图实现时采用双面布局结构,所述双面布局结构包括:分布于正面的输入高压区(1)、输入高压直流母线DC区(2)、输出电压区(3)和分布于反面的低压供电区(4);

所述输入高压区(1)内部包括:EMI滤波电路(U3)版图区、全桥整流电路(U2)版图区、第一散热器版图区、输入高压交流母线AC版图区和输入高压地线版图区;

所述输出电压区(3)内部包括:第二散热器版图区、第一栅驱动电路(H)版图区、第二栅驱动电路(L)版图区、限流电阻RH版图区、限流电阻RL版图区、GaN功率开关MH版图区、GaN功率开关ML版图区、输出二极管D1版图区、输出二极管D2版图区、电感L1版图区、电感L2版图区、输出电容C1版图区、输出高压母线Vout+版图区、输出低压母线Vout-版图区、VH版图区、VL版图区和检测电路(U4)版图区;

所述输入高压直流母线DC区(2)跨接在输入高压区(1)和输出电压区(3)之间,输入高压直流母线DC区左侧和全桥整流电路(U2)版图区的右侧重合;输入高压直流母线DC区右侧和输出电压区(3)的左侧重合;

所述低压供电区(4)内部包含:PFC控制器(U1)版图区、反馈电路(U5)版图区和低压地线(4-1)版图区;正面和反面之间的第一脉宽信号PWH、第二脉宽信号PWL,以及电压、电流、温度反馈信号通过通孔连接;

所述的GaN功率开关MH和GaN功率开关ML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;

所述VH版图区包含C型半包围结构,该C型半包围结构包围的空间内分布有:通孔P_PWH版图区、第一栅驱动电路(H)版图区、限流电阻RH版图区、HEMT器件MH1版图区和HEMT器件MH2版图区;HEMT器件MH1和HEMT器件MH2并联构成GaN功率开关MH;所述HEMT器件MH1版图区和HEMT器件MH2的版图区的左侧朝向限流电阻RH的右端;

所述VH版图区C型半包围结构的两个端部均采用直角三角形结构,2个直角三角形的斜边相对,分别连接HEMT器件MH1版图区和HEMT器件MH2版图区的源极;

所述HEMT器件MH1版图区和HEMT器件MH2版图区的漏极之间夹着所述输出低压母线Vout-版图区的左上角,其形状为一个顶角朝左且为锐角的等腰三角形。

2.根据权利要求1所述的用于无线充电系统的GaN交错并联PFC电源模块,其特征是:所述限流电阻RH的右端PH到HEMT器件MH1的栅端的金属线和限流电阻RH的右端PH到HEMT器件MH2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。

3.根据权利要求1所述的用于无线充电系统的GaN交错并联PFC电源模块,其特征是:所述VL版图区包含同样的C型半包围结构,该C型半包围结构包围的空间内分布有通孔P_PWL版图区、第二栅驱动电路(L)版图区、限流电阻RL版图区、HEMT器件ML1版图区和HEMT器件ML2版图区;HEMT器件ML1和HEMT器件ML2并联构成GaN功率开关ML;所述HEMT器件ML1版图区和HEMT器件ML2版图区的左侧朝向限流电阻RL的右端;

所述VL版图区C型半包围结构的2个端部均采用直角三角形结构,2个直角三角形的斜边相对,分别连接HEMT器件ML1版图区和HEMT器件ML2版图区的源极;

所述HEMT器件ML1版图区和HEMT器件ML2版图区的漏极之间夹着所述输出低压母线Vout-版图区的左下角,其形状为一个顶角朝左且为锐角的等腰三角形。

4.根据权利要求3所述的用于无线充电系统的GaN交错并联PFC电源模块,其特征是:所述限流电阻RL的右端PL到HEMT器件ML1栅端的金属线和限流电阻RL的右端PL到HEMT器件ML2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。

5.根据权利要求1所述的用于无线充电系统的GaN交错并联PFC电源模块,其特征是:负责传输第二脉宽信号PWL和第一脉宽信号PWH的两根金属线长度、宽度和厚度都严格相等;

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。