电转换器系统及其制造方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请根据35u.s.c.§119主张于2020年1月31日提交的印度专利申请第202011004303号的权益，出于所有目的，通过引用将其全部内容并入本文。

本发明的实施例总体上涉及功率转换，更具体地，涉及多种用于功率转换的并联的功率切换器件。

背景技术：

众所周知，使用例如不间断电源(uninterruptiblepowersupplies,ups)之类的电源装置来为例如计算机系统以及其他数据处理系统之类的敏感及/或关键负载提供调节的、不间断的电源。ups通常包括各种类型的功率转换器(powerconverter)，用于将交流电转换为直流电，将直流电转换为交流电，以及将直流电从一种电压电平转换为另一种电压电平。这些各种功率转换器可以包括利用各种类型的切换器件(switchingdevices)的功率切换电路，例如场效应晶体管(fieldeffecttransistors,fets)、高电子迁移率晶体管(highelectronmobilitytransistors,hemts)、双极性结型晶体管(bipolarjunctiontransistors,bjts)以及绝缘栅双极晶体管(insulated-gatebipolartransistors,igbts)。

技术实现要素：

本发明的至少一个方面涉及一种电转换器系统，包括：一印刷电路板，至少包括一第一层及一第二层；一切换节点，设置在所述第二层上；一第一晶体管、一第二晶体管、一第三晶体管以及一第四晶体管，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管以及所述第四晶体管设置在所述第一层上，所述第一晶体管以及所述第三晶体管均具有耦合至所述切换节点的一源极，并且所述第二晶体管以及所述第四晶体管均具有耦合至所述切换节点的一漏极；从所述第一晶体管的所述源极通过所述切换节点到所述第四晶体管的所述漏极的一个第一传导路径，所述第一传导路径具有一第一长度；以及从所述第一晶体管的所述源极通过所述切换节点到所述第二晶体管的所述漏极的一个第二传导路径，所述第二传导路径具有一第二长度，其中所述第一传导路径的所述第一长度大于所述第二传导路径的所述第二长度。

在一个实施例中，所述电转换器系统包括从所述第三晶体管的所述源极通过所述切换节点到所述第二晶体管的所述漏极的一个第三传导路径，所述第三传导路径具有一第三长度；以及从所述第三晶体管的所述源极通过所述切换节点到所述第四晶体管的所述漏极的一个第四传导路径，所述第四传导路径具有一第四长度，其中所述第三传导路径的所述第三长度大于所述第四传导路径的所述第四长度。

在一些实施例中，多个所述晶体管对称地放置在所述第一层上，使得所述第一晶体管与所述第二晶体管之间的一第一距离与所述第三晶体管与所述第四晶体管之间的一第二距离基本上相同，并且所述第一晶体管与所述第三晶体管之间的一第三距离与所述第二晶体管与所述第四晶体管之间的一第四距离基本上相同。在一些实施例中，所述第一传导路径的所述第一长度与所述第三传导路径的所述第三长度基本上相同，并且所述第二传导路径的所述第二长度与所述第四传导路径的所述第四长度基本上相同。

在各种实施例中，所述电转换器系统包括多个栅极驱动输出以及多个栅极驱动传导路径，所述多个栅极驱动传导路径位在所述多个栅极驱动输出与所述第一晶体管的栅极、所述第二晶体管的栅极、所述第三晶体管的栅极以及所述第四晶体管的栅极之间，其中所述多个栅极驱动传导路径中的每一个具有基本上相同的长度。

在一个实施例中，所述电转换器系统包括一正极总线及一负极总线，所述正极总线及所述负极总线设置在所述第一层上，其中所述第一晶体管的一漏极及所述第三晶体管的一漏极耦合至所述正极总线，以及所述第二晶体管的一源极及所述第四晶体管的一源极耦合至所述负极总线。在一些实施例中，所述电转换器系统包括多个去耦电容器，耦合在所述正极总线与所述负极总线之间，并且设置在多个所述晶体管之间以及所述切换节点的上方的所述第一层上。

在一些实施例中，每一个所述晶体管是氮化镓(gan)功率晶体管。在一些实施例中，所述氮化镓功率晶体管设置在一通孔器件封装以及一表面安装器件封装之一中。

本发明的另一个方面涉及一种电转换器系统，包括：一印刷电路板，至少包括一第一层及一第二层；一切换节点，设置在所述第二层上；一第一晶体管、一第二晶体管、一第三晶体管及一第四晶体管，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管以及所述第四晶体管设置在所述第一层上，所述第一晶体管以及所述第三晶体管均具有耦合至所述切换节点的一源极，并且所述第二晶体管以及所述第四晶体管均具有耦合至所述切换节点的一漏极；从所述第一晶体管的所述源极通过所述切换节点到所述第四晶体管的所述漏极的一个第一传导路径，所述第一传导路径具有一第一电感；以及从所述第一晶体管的所述源极通过所述切换节点到所述第二晶体管的所述漏极的一个第二传导路径，所述第二传导路径具有一第二电感，其中所述第一传导路径的所述第一电感大于所述第二传导路径的所述第二电感。

在一个实施例中，电转换器系统包括从所述第三晶体管的所述源极通过所述切换节点到所述第二晶体管的所述漏极的一个第三传导路径，所述第三传导路径具有一第三电感；以及从所述第三晶体管的所述源极通过所述切换节点到所述第四晶体管的所述漏极的一个第四传导路径，所述第四传导路径具有一第四电感，其中所述第三传导路径的所述第三电感大于所述第四传导路径的所述第四电感。

在一些实施例中，多个所述晶体管对称地放置在所述第一层上，使得所述第一晶体管与所述第二晶体管之间的一第一距离与所述第三晶体管与所述第四晶体管之间的一第二距离基本上相同，并且所述第一晶体管与所述第三晶体管之间的一第三距离与所述第二晶体管与所述第四晶体管之间的一第四距离基本上相同。在一些实施例中，所述第一传导路径的所述第一电感与所述第三传导路径的所述第三电感基本上相同，并且所述第二传导路径的所述第二电感与所述第四传导路径的所述第四电感基本上相同。

在各种实施例中，所述电转换器系统包括多个栅极驱动输出以及多个栅极驱动传导路径，所述多个栅极驱动传导路径位在所述多个栅极驱动输出与所述第一晶体管的栅极、第二晶体管的栅极、第三晶体管的栅极及第四晶体管的栅极之间，其中所述多个栅极驱动传导路径中的每一个具有基本上相同的长度。

在一个实施例中，所述电转换器系统包括一正极总线以及一负极总线，所述正极总线以及所述负极总线设置在所述第一层上，其中所述第一晶体管的一漏极以及所述第三晶体管的一漏极耦合至所述正极总线，并且所述第二晶体管的一源极以及所述第四晶体管的一源极耦合至所述负极总线。在一些实施例中，所述电转换器系统包括多个去耦电容器，耦合在所述正极总线与所述负极总线之间，并且设置多个所述晶体管之间以及所述切换节点的上方的所述第一层上。

在一些实施例中，每一个所述晶体管是氮化镓(gan)功率晶体管。在一些实施例中，所述氮化镓功率晶体管设置在一通孔器件封装以及一表面安装器件封装之一中。

本发明的另一方面涉及一种用于制造电转换器系统的方法，所述方法包括：提供一印刷电路板，所述印刷电路板至少具有一第一层以及一第二层，一切换节点设置在所述第二层上；将一第一晶体管、一第二晶体管、一第三晶体管以及一第四晶体管布置在靠近所述切换节点的所述印刷电路板的所述第一层上；以及将所述第一晶体管的一源极、所述第二晶体管的一漏极、所述第三晶体管的一源极以及所述第四晶体管的一漏极耦合至所述切换节点，使得从所述第一晶体管的所述源极通过所述切换节点到所述第四晶体管的所述漏极的一第一传导路径的一第一长度大于从所述第一晶体管的所述源极通过所述切换节点到所述第二晶体管的所述漏极的一第二传导路径的一第二长度。

在一个实施例中，所述方法包括将多个去耦电容器布置在多个所述晶体管之间以及所述切换节点的上方的所述第一层上。在一些实施例中，所述方法包括将所述多个去耦电容器耦合在设置在所述第一层上的一正极总线与一负极总线之间。

在一些实施例中，将多个所述晶体管布置在所述第一层上还包括对称地放置多个所述晶体管，使得所述第一晶体管与所述第二晶体管之间的一第一距离与所述第三晶体管与所述第四晶体管之间的一第二距离基本上相同，并且所述第一晶体管与所述第三晶体管之间的一第三距离与所述第二晶体管与所述第四晶体管之间的一第四距离基本上相同。

在一些实施例中，所述方法包括将所述第一晶体管的栅极、所述第二晶体管的栅极、所述第三晶体管的栅极以及所述第四晶体管的栅极耦合至多个栅极驱动器输出，使得所述多个栅极驱动器输出与多个所述晶体管的栅极之间的每一个传导路径的长度基本上相同。

附图说明

下面参照附图讨论至少一个实施例的各个方面，这些附图并非旨在按比例绘制。包括了附图以提供对各个方面及实施例的说明以及进一步的理解，并且附图被并入本说明书中，并构成本说明书的一部分，但并不旨在作为对本发明的限制的定义。在附图中，在各个附图中示出的每个相同或几乎相同的组件由相似的数字表示。为了清楚起见，并非每个组件都可以标记在每个图中。在图式中：

图1是根据本发明的一个实施例的一不间断电源(uninterruptiblepowersupplies,ups)的功能框图；

图2是根据本发明的一个实施例的功率切换电路的示意图；

图3a是根据本发明的一个实施例的功率切换组件的图；

图3b是根据本发明的一个实施例的功率切换组件的图；

图4a是根据本发明的一个实施例的功率切换应用的图；

图4b是根据本发明的一个实施例的功率切换应用的图；

图5a是根据本发明的一个实施例的功率切换组件的图；以及

图5b是根据本发明的一个实施例的功率切换组件的图。

具体实施方式

本文讨论的方法及系统的示例在应用中不限于在以下描述中阐述或在附图中示出的构造的细节以及组件的布置。所述方法及系统能够在其他实施例中实施，并且能够以各种方式被实践或执行。本文提供的特定实施方式的示例仅出于说明性目的，并不旨在进行限制。特别地，结合任何一个或多个示例讨论的动作、组件、元素及特征不旨在被排除在任何其他示例中的类似角色之外。

同样，本文所使用的措词及术语是出于描述的目的，而不应被认为是限制性的。对本文中以单数形式提及的系统及方法的示例、实施例、组件、元素或动作的任何引用也可以包括包括多个形式，并且本文以复数形式对任何实施例、组件、元件或动作的任何引用也可以包括仅包括单数的实施例。单数或复数形式的引用非旨在限制当前公开的系统或方法、它们的组件、动作或元件。本文中“包括(including)”、“包含(comprising)”、“具有(having)”、“包含(containing)”、“包含(involving)”及其变体的使用意在涵盖其后列出的项目及其等同物以及其他项目。对“或”的引用可以被解释为包括性的，使得使用“或”描述的任何术语可以指示单个、一个以上以及所有所描述的术语中的任何一个。此外，如果本文件与通过引用并入本文件的文件之间的术语用法不一致，则并入的引用文件中的术语用法是对本文件术语用法的补充；对于不可调和的不一致，以本文件中的术语用法为准。

如上所述，例如不间断电源(uninterruptiblepowersupplies，ups)之类的电源装置可以用于向敏感及/或关键负载提供经调节的、不间断电源。一在线ups使用一功率因数校正转换器电路(powerfactorcorrectionconvertercircuit,pfc)对电力公司提供的输入交流电(alternatingcurrent,ac)进行整流，以向至少一条直流电(directcurrent,dc)总线提供直流电。当市电可用时，dc总线上的整流直流电可用于为电池充电。在没有市电的情况下，电池会放电并将直流电提供给dc总线。一逆变器(inverter)从dc总线上的直流电生成交流电输出电压，所述交流电输出电压提供给一负载。由于电力是从市电或电池提供给dc总线的，因此，若市电发生故障并且电池充满电，则ups的输出电源不会中断。在线ups也可以在旁路模式(bypass)下运行，在这种模式下，具有基本保护功能的无条件电源(unconditionedpower)可以通过一旁路线直接从交流电电源提供给负载。

图1是一ups100的一个实施例的框图，所述ups100将从在一输入102处接收到的输入交流电的经调节的电力以及从一电池112的备用电力提供给一输出110。所述ups100包括一转换器104、一dc总线106、一逆变器108以及用于控制所述转换器及所述逆变器的一控制器114。所述转换器104耦合到所述输入102，所述逆变器108耦合到所述输出110，并且所述dc总线106耦合在所述转换器104与所述逆变器108之间。

所述输入102配置为从一交流电电源接收具有一输入电压电平的输入交流电。所述控制器114监控由所述输入102接收的所述输入交流电，并且配置为基于由所述输入102接收的所述输入交流电的状态以不同的操作模式操作所述ups100。当提供给所述输入102的交流电是可接受的(即，高于一输入电力阈值)时，所述控制器114以一在线操作模式操作所述ups100。

在在线操作模式下，可以将来自所述输入102的交流电提供给所述转换器104。根据一个实施例，所述转换器104是一功率因数校正(powerfactorcorrection,pfc)转换器104；然而，在其他实施例中，可以使用其他类型的转换器。所述控制器114操作所述转换器104，以将交流电转换成直流电，并且将所述直流电提供给所述dc总线106。来自所述dc总线106的直流电被提供给所述逆变器108。此外，来自所述dc总线106的直流电可以直接从所述转换器104或经由一dc/dc转换器被提供给所述电池112，以进行充电。所述控制器114操作所述逆变器108，以将所述直流电转换成经调节的交流电，并将所述经调节的交流电提供给耦合至所述输出110的一负载。

当提供给所述输入102的交流电是不可接受的(即，低于一输入电力阈值)时，所述控制器114以一备用操作模式来操作所述ups100。在所述备用操作模式中，来自所述电池112的直流电直接地或经由一dc/dc转换器被提供给所述dc总线106。所述逆变器108从所述dc总线106接收直流电，并且所述控制器114操作所述逆变器108，以将来自所述dc总线106的直流电转换成经调节的交流电，并将所述经调节的交流电提供给所述输出110。

如上所述，一ups可以包括各种类型的功率转换器，用于将交流电转换为直流电，直流电转换为交流电，以及将直流电从一个直流电电压电平转换为另一个直流电电压电平。已知这些各种功率转换器包括利用切换器件(switchingdevices)的功率切换电路，例如场效应晶体管(fieldeffecttransistors,fets)、高电子迁移率晶体管(highelectronmobilitytransistors,hemts)、双极性结型晶体管(bipolarjunctiontransistors,bjts)以及绝缘栅双极晶体管(insulated-gatebipolartransistors,igbts)。硝酸镓(gan)是一种常见的宽带隙材料，用于制造此类用于功率切换应用的切换器件。在一些示例中，gan场效应晶体管可以提供高切换速度，以减少切换损耗，从而实现高频功率转换器设计。此外，即使在高温下，gan场效应晶体管也会在高电压下经历低导通电阻。

在功率切换应用中，电压及电流可以以一高速率通过gan器件来进行切换，以减少切换损耗。在一些示例中，这种高变化率与与gan器件及/或印刷电路板(printed-circuitboards,pcb)相关联的寄生电容及电感结合在一起可能会产生电流振荡及/或电压过冲。这些电流振荡及电压过冲会损害或损坏gan器件，在某些情况下最终可能导致gan器件失效。

当两个或多个gan器件并联配置以增加功率转换器的额定功率(powerrating)时，上述限制可以显着地增加。在一些示例中，包括并联的gan器件的功率切换电路可能受到增加的寄生电容以及电感的影响，这可能导致严重的电磁干扰、电流振荡、电压过冲以及多个gan器件之间不均匀的动态电流共享。

一些缓解与并联的gan器件相关问题的方法包括添加无源组件，例如铁氧体磁珠以及电阻电容(rc)缓冲器，以抑制振荡及过冲。然而，与gan器件串联的铁氧体磁珠会在信号路径中引入额外的电感，而rc缓冲器会导致额外的损耗，降低高速应用中的性能。此外，此类组件通常会导致制造问题，并可能降低功率转换器的可靠性。例如，这种组件(例如，环形铁氧体磁珠)在制造过程中可能容易因跌落及/或振动而损坏。

本文提供了一种用于并联的gan器件的更有效及可靠的pcb结构。在至少一个实施例中，并联的gan器件被布置使得一功率切换电路的每个切换支路(leg)保持一独立的传导路径。在一些示例中，为功率切换电路的每个切换支路保持独立的传导路径可以在并联的gan器件之间实现最大的动态电流共享，同时减少电压过冲以及电流振荡，并提高功率切换电路的效率。

图2是根据本文描述的方面的一功率切换电路200的一个示例的示意图。在一个示例中，所述功率切换电路200可以配置为一半桥逆变器(half-bridgeinverter)。所述功率切换电路200可以用于例如一ups中的一逆变器(例如，图1所示的所述ups100的所述逆变器108)。在其他示例中，所述功率切换电路200可以配置为一半桥转换器(half-bridgeconverter)，并且可以使用在一ups中的一转换器中(例如，图1所示的所述ups100的所述转换器104)。

如图2所示，所述功率切换电路200包括一正极总线202、一切换节点204、一负极总线206、一第一切换支路208以及与所述第一切换支路208并联的一第二切换支路210。然而，在其他示例中，所述功率切换电路200可以包括三个或更多个并联切换支路。所述第一切换支路208包括一第一gan器件212以及一第二gan器件222，所述第一gan器件212具有一漏极216以及一源极218，所述漏极216耦合到所述正极总线202，所述源极218耦合到所述切换节点204，并且所述第二gan器件222具有一漏极226以及一源极228，所述漏极226耦合到所述切换节点204，所述源极228耦合到所述负极总线206。所述第二切换支路210包括一第三gan器件232以及一第四gan器件242，所述第三gan器件232具有一漏极236及一源极238，所述漏极236耦合到所述正极总线202，所述源极238耦合到所述切换节点204，并且所述第四gan器件242具有一漏极246以及一源极248，所述漏极246耦合到所述切换节点204，并且所述源极248耦合到所述负极总线206。在本文中，“漏极(drain)”可以指电流进入器件的任何器件端子。同样，“源极(source)”可以指电流从器件流出的任何器件端子。如图2所示，所述第一gan器件212与所述第三gan器件232并联耦合在所述正极总线202与所述切换节点204之间。同样，所述第二gan器件222与所述第四gan器件242并联耦合在所述负极总线206与所述切换节点204之间。

如上所述，通过在并联的gan器件之间共享电流，功率切换电路可用于高功率应用中。在一个示例中，所述正极总线202以及所述负极总线206上的电流可以在所述第一切换支路208与所述第二切换支路210之间共享，并且多个所述切换支路可以被一致地操作。例如，在所述功率切换电路200的一第一状态下，所述第一gan器件212以及所述第三gan器件232可以被导通，以将所述正极总线202耦合到所述切换节点204，并且在所述功率切换电路200的一第二状态下，所述第二gan器件222以及所述第四gan器件242可以被导通，以将所述负极总线206耦合到所述切换节点204。

在一些示例中，所述第一切换支路208可以包括耦接在所述正极总线202与所述负极总线206之间的一第一去耦电容器252a以及一第二去耦电容器252b，以向所述第一gan器件212以及所述第二gan器件222提供局部稳定的dc电压。同样地，所述第二切换支路210可以包括耦合在所述正极总线202与所述负极总线206之间的一第三去耦电容器254a以及一第四去耦电容器254b，以向所述第三gan器件232以及所述第四gan器件242提供局部稳定的dc电压。在其他示例中，可以使用不同数量的去耦电容器。

在一些示例中，每个gan器件212、222、232及242可以经受各种寄生电感(parasiticinductances)。例如，每个gan器件212、222、232及242可以被封装在例如一通孔封装、一表面安装封装等的器件封装中。这样，每个器件端子(即，栅极、漏极、源极)可以具有相关的封装寄生电感。在一些示例中，与每个器件端子相关联的封装寄生电感可以对应于从一器件基底或管芯(die)到封装引脚及/或引线的连接(例如，引线键合)。如图2所示。所述第一gan器件212可以具有一封装寄生栅极电感215a、一封装寄生漏极电感217a以及一封装寄生源极电感219a。类似地，所述第二gan器件222可以具有多个封装寄生电感225a、227a、229a，所述第三gan器件232可以具有多个封装寄生电感235a、237a、239a，并且所述第四gan器件242可以具有多个封装寄生电感245a、247a、249a。

在一个示例中，所述gan器件212、222、232及242可以布置在一印刷电路板(printed-circuitboard,pcb)上，并且经由包括在所述pcb上或所述pcb内的电迹线(electricaltraces)及/或平面连接。这样，除了封装寄生电感之外，gan器件的每个器件端子可以具有一关联的pcb寄生电感。在一些示例中，与每个gan器件端子相关联的pcb寄生电感可以对应于耦合到每个器件端子的一个或多个电迹线的电感。在一些示例中，与每个设备端子相关联的pcb寄生电感还可以包括电及物理耦合到所述pcb的一端子引脚、引线或焊盘的一电感。

如图2所示，所述第一gan器件212可以具有一pcb寄生栅极电感215b、一pcb寄生漏极电感217b以及一pcb寄生源极电感219b。类似地，所述第二gan器件222可以具有一pcb寄生栅极电感225b、一pcb寄生漏极电感227b以及一pcb寄生源极电感239b；所述第三gan器件232可以具有一pcb寄生栅极电感235b、一pcb寄生漏极电感237b以及一pcb寄生源极电感239b；以及所述第四gan器件242可以具有一pcb寄生栅极电感245b、一pcb寄生漏极电感247b以及一pcb寄生源极电感249b。

在一个示例中，所述第一gan器件212的所述pcb寄生源极电感219b以及所述第二gan器件222的所述pcb寄生漏极电感227b可以对应于所述第一gan器件222通过所述切换节点204到所述第二gan器件222之间的一传导路径的电感。同样，所述第三gan器件232的pcb寄生源极电感239b以及所述第四gan器件242的pcb寄生漏极电感247b可以对应于所述第三gan器件232与所述第四gan器件242之间的一传导路径。在一些示例中，多个所述gan器件的pcb寄生电感以及寄生中点电感205可以对应于所述第一切换支路208的gan器件与所述第二切换支路210的gan器件之间的切换路径的电感。例如，从所述第一gan器件212通过所述切换节点204到所述第四gan器件242的一传导路径的电感可以包括所述第一gan器件212的pcb寄生源极电感219b、所述pcb寄生中点电感205以及所述第四gan器件242的所述pcb寄生漏极电感247b。

图3a是示出包括布置在一pcb302上的所述功率切换电路200的一功率切换组件300的示例的图式。在一个示例中，所述pcb302可以是多层pcb。在一些示例中，所述gan器件以及所述切换节点204可以设置在pcb302的不同层上。例如，所述gan器件212、222、232及242可以设置在一第一层上，并且所述切换节点204可以设置在一第二层上或任何其他层上。在一个示例中，所述gan器件可以位于所述切换节点204上方的一第一层上。在其他示例中，所述gan器件可以位于所述第一层上，使得每个gan器件与所述切换节点204至少部分地重叠。在一个示例中，所述切换节点204可以具有如图3a所示的矩形形状。然而，在其他示例中，所述切换节点204可以具有不同的形状。

如图3a所示，一第一距离d1对应于所述第一gan器件212的源极218与所述第二gan器件222的漏极226之间的距离，并且一第二距离d2对应于所述第三gan器件232的源极238与所述第四gan器件242的漏极246之间的距离。同样地，一第三距离d3对应于所述第一gan器件212的源极218与所述第三gan器件232的源极238之间的距离，并且一第四距离d4对应于所述第二gan器件222的漏极226与所述第四gan器件242的漏极246之间的距离。

如上所述，所述第一切换支路208的gan器件(即：212、222)以及所述第二逆变器支路210的gan器件(即：232、242)可以一致地被操作。这样，可以通过为每个切换支路保持独立的传导路径来实现最大的动态电流共享，以提高功率切换电路200的效率。例如，可以通过防止电流在不同逆变器支路的gan器件之间进行换相(commutating)来实现最大的动态电流共享，即，允许来自所述第一gan器件212的电流仅通过所述第二gan器件222进行换相，并且允许来自所述第三gan器件232的电流仅通过所述第四gan器件242进行换相，反之亦然。

在一些示例中，可以通过调节多个所述gan器件212、222、232及242之间的距离d1至d4来建立每个切换支路的独立传导路径。例如，多个所述gan器件可被布置为使得所述第一切换支路208的所述第一gan器件212与所述第二gan器件222之间的第一距离d1小于所述第一切换支路208与所述第二切换支路210之间的距离(即，d3及d4)。另外，多个所述gan器件可被布置为使得所述第三gan器件232与所述第四gan器件242之间的所述第二距离d2也小于所述第一切换支路208与所述第二切换支路210之间的距离(即，d3及d4)。在一个示例中，多个所述gan器件可被布置为使得相同的切换支路的gan器件之间的距离小于对角地跨所述切换节点204耦合的不同切换支路的gan器件之间的距离。例如，距离d1至d4可以被调节使得距离d1及d2小于所述第一gan器件212与所述第四gan器件242之间的距离以及所述第二gan器件222与所述第三gan器件232之间的距离。在一个示例中，多个所述gan器件可以对称地布置，使得d1与d2基本上相同，并且d3与d4基本上相同。例如，在某些示例中，多个所述gan器件可以被布置为使得d1以及d2具有小于10％的不匹配。在一些示例中，多个所述gan器件可被布置使得距离d3及d4比距离d1及d2大至少20至30％。

由于每个gan器件212、222、232及242具有耦合到所述切换节点204的至少一个器件端子，因此距离d1至d4可以对应于多个所述gan器件之间的传导路径的长度。例如，通过相对于d3以及d4最小化d1，从所述第一gan器件212的源极218通过所述切换节点204到所述第二gan器件222的漏极226的传导路径的长度可以短于从所述gan器件212、222中的任何一个到所述第二切换支路210的gan器件(即：232、242)的传导路径的长度。同样，通过相对于d3以及d4最小化d2，从所述第三gan器件232的源极238通过所述切换节点204到所述第四gan器件242的漏极246的传导路径的长度可以短于从所述gan器件232、242中的任一个到所述第一切换支路208的gan器件(即：212、222)的传导路径的长度。换句话说，相同切换支路(例如：208或210)的gan器件之间的传导路径可以比所述第一切换支路208的gan器件以及所述第二切换支路210的gan器件之间的传导路径短。

在一个示例中，每个传导路径的长度可以影响每个传导路径的电感；即，短的传导路径可以具有较低的电感，而长的传导路径可以具有较高的电感。这样，所述第一gan器件212的源极218与所述第二gan器件222的漏极226之间的传导路径的电感可以低于从所述gan器件212及222中的任一个到所述第二切换支路210的gan器件(即：232、242)的传导路径的电感。类似地，所述第三gan器件232的源极238与所述第四gan器件242的漏极246之间的传导路径的电感可以低于从所述gan器件232及242中的任一个到所述第一切换支路208的gan器件(即：212、222)的传导路径的电感。

在一些示例中，由于相同切换支路的gan器件之间的传导路径具有比不同切换支路的gan器件之间的传导路径更低的电感，因此所述第一切换支路208以及所述第二切换支路210可各自维持独立的传导路径。例如，由所述第一切换支路208承载的电流可以在所述第一gan器件212与所述第二gan器件222之间换相，并且由所述第二切换支路210承载的电流可以在所述第三gan器件232与所述第四gan器件242之间换相。

图3b示出了功率切换组件300的侧视图(仅示出了第一切换支路208)。如上所述，所述第一gan器件212以及所述第二gan器件222可以布置在所述pcb302的一第一(即：顶)层304上，并且所述切换节点204可以布置在所述pcb302的一第二层306上。此外，所述第一切换支路208的多个去耦电容器252a、252a以及所述第二切换支路210的多个去耦电容器254a、254b可以设置在多个所述gan器件之间以及所述切换节点204的上方的所述第一层304上。

所述第一gan器件212与所述第二gan器件222之间的一第一传导路径的一示例一般表示在308处。如图所示，所述第一传导路径308的长度对应于所述第一gan器件212的源极218与所述第二gan器件222的漏极226之间的距离d1。如上所述，通过最小化所述距离d1，所述第一传导路径308的长度可以被最小化，并且所述第一传导路径308可以具有比所述第一切换支路208的多个所述gan器件212、222与所述第二切换支路210的多个所述gan器件232、242之间的传导路径来得更低的电感。这样，来自所述第一gan器件212的电流可以经由所述第一传导路径308换相到所述第二gan器件222，反之亦然。同样地，通过最小化距离d2，所述第二切换支路210的gan器件232、242之间的一第二传导路径(未示出)的电感可以被最小化，使得来自所述第三gan器件232的电流经由所述第二传导路径换相到所述第四gan器件242，反之亦然。

图4a及图4b示出了包括所述功率切换电路200的一功率切换应用400。在一个示例中，所述功率切换应用400可以对应于一ups的一ac至dc转换器(例如，图1所示的ups100的转换器104)中使用的功率切换电路的操作。在其他示例中，所述功率切换应用程序400可以对应于在一ups的一dc至ac逆变器(例如，图1中所示的ups100的逆变器108)中使用的功率切换电路的操作。在一些示例中，所述功率切换应用400可以对应于一ups的一dc至dc转换器中使用的功率切换电路的操作。

在一个示例中，如图3a及图3b所示，所述功率切换电路200布置在所述功率切换组件300中。如图4a及图4b所示，所述切换节点204耦合到具有一负载电流404的一负载402。在一个示例中，所述切换节点204耦合到所述第一切换支路208以及所述第二切换支路210的多个所述gan器件之间的负载402。在一些示例中，所述负载402可耦合到耦合到所述切换节点204的每个gan器件的器件端子。例如，所述第一gan器件212的源极218以及所述第二gan器件222的漏极226可各自耦合到所述切换节点204以及所述负载402。同样地，所述第三gan器件232的源极238以及所述第四gan器件242的漏极246可以各自耦合到所述切换节点204以及所述负载402。

图4a及图4b示出了从第一状态转换为第二状态时的功率切换应用400中的功率切换电路200。如上所述，所述功率切换电路200的第一状态可以包括导通所述第一切换支路208的所述第一gan器件212以及所述第二切换支路210的所述第三gan器件232，以将所述正极总线202耦合到所述切换节点204。类似地，所述功率切换电路200的第二状态可以包括导通所述第一切换支路208的所述第二gan器件222以及所述第二切换支路210的所述第四gan器件242。在一些示例中，所述第一切换支路208可以承载所述负载电流404的一第一部分，例如第一负载电流406，以及所述第二切换支路210可以承载所述负载电流404的一第二部分，例如第二负载电流408。

为了从所述第一状态过渡到所述第二状态，所述第一gan器件212以及所述第三gan器件232被切断，并且所述第二gan器件222以及所述第四gan器件242被导通。在图4a中，所述第一gan器件212以及所述第三gan器件232已经被切断，并且以相反的方向(即，从源极到漏极)将负载电流402传送到一正极总线电容器406。在一个示例中，每个gan器件可以具有一相似的正温度系数(positivetemperaturecoefficient)，因此导通电阻基本上相似。这样，可以在所述第一切换支路208与所述第二切换支路210之间平均地共享静态电流(例如，图4a所示的负载电流402)；即，所述第一负载电流406以及所述第二负载电流408可以是所述负载电流402的基本上相等的部分。

图4b示出了在所述第二gan器件222以及所述第四gan器件242已经导通之后的功率切换电路200。如上所述，所述第一gan器件212与所述第二gan器件222之间的传导路径可以具有比包括pcb寄生中点电感205的传导路径(例如，从所述第一切换支路208到所述第二切换支路210的传导路径)更低的电感。这样，当将所述功率切换电路200从第一状态转换为第二状态时，所述第一负载电流406可以从所述第一gan器件212换相至所述第二gan器件222，并且所述第二gan器件222可以开始在一正向(即，漏极到源极)上承载所述第一负载电流406。同样地，所述第三gan器件232与所述第四gan器件242之间的传导路径可以具有比包括pcb寄生中点电感205的传导路径(例如，从所述第二切换支路210到所述第一切换支路208的传导路径)更低的电感。当所述功率切换电路200从第一状态转换到第二状态时，所述第二负载电流408可以从所述第三gan器件232换相至所述第四gan器件242，并且所述第四gan器件242可以开始在所述正向上承载所述第二负载电流408。这样，在功率切换电路200的过渡期间，可以在所述第一切换支路208与所述第二切换支路210之间平均地共享动态电流；即，所述第一负载电流406以及所述第二负载电流408可以保持所述负载电流402的基本相等的部分。类似地，当将所述功率切换电路200从第二状态转换回第一状态时，所述第一负载电流406可以从所述第二gan器件222换相至所述第一gan器件212，并且所述负载电流408可以从所述第四gan器件242换相至所述第三gan器件232。

通过为每个切换支路建立独立的传导路径，以防止电流在切换支路之间进行换相，而可以实现平均的动态电流共享。在一些示例中，通过最大化切换支路之间的动态电流共享，可以提高功率切换电路200的效率。另外，在所述切换支路208与所述切换支路210之间共享相等的动态电流可以减少或消除在所述功率切换电路200的操作期间的振铃(ringing)、振荡及过冲。

应当理解，本文描述的实施例不限于建立传导路径长度及/或电感以实现每个切换支路(例如：208及210)的独立传导路径的特定方法。如上所述，多个所述gan器件212、222、232及242可以物理地布置在一pcb(例如：302)上，以建立不同的传导路径长度以及相应的传导路径电感。然而，在其他示例中，可以采用建立各种传导路径长度及电感的不同方法。例如，可以通过修改所述pcb302上包括的电迹线及/或通孔的属性来控制传导路径的特性。

另外，本文讨论的实施例不限于特定类型的gan器件或器件封装。例如，图5a示出了包括布置在所述pcb302上的功率切换电路200的功率切换组件布局500的一示例。在一个示例中，所述功率切换组件布局500可以类似于图3a及图3b的功率切换组件300，其中多个所述gan器件212、222、232及242设置在通孔封装中。如上所述，多个所述gan器件可以布置在所述pcb302的顶层(即，第一)层304上，使得相同切换支路(例如：208或210)的gan器件比彼此靠近另一切换支路的gan器件更靠近彼此。这样，相同切换支路的gan器件之间的传导路径可以具有比不同切换支路的gan器件之间的传导路径更低的电感。

如上所述，这样的布置可以允许多个所述gan器件对称地放置在所述pcb302上。例如，所述第一逆变器支路208的gan器件212、222可以与所述第二逆变器支路210的gan器件232、242对称地布置。参照图5a，通过将gan器件对称地布置在所述pcb302上，一(多个)栅极驱动器输出506以及每个gan器件的栅极之间的栅极驱动传导路径504a、504b、504c及504d的长度基本上可以相同(例如，在10％以内)。在一个示例中，由于每个栅极驱动传导路径可以具有基本上相同的长度，因此每个栅极驱动传导路径可以具有基本上相同的电感。在一些示例中，每个栅极驱动传导路径的电感可以对应于图2所示的pcb寄生栅极电感215b、225b、235b及245b。由于所述栅极驱动传导路径的电感基本上相同，所以多个所述gan器件之间的栅极驱动延迟可以被最小化，从而提高了所述功率切换电路200的效率。在一些示例中，所述栅极驱动传导路径504a至504d可以包括在所述第一层304或所述第二层306上；然而，在其他示例中，所述栅极驱动传导路径可以包括在所述pcb302的不同层上，例如一第三层、第四层或任何其他层。

另外，如上所述，所述第一切换支路208可以包括耦接在所述正极总线202与所述负极总线206之间的所述第一去耦电容器252a以及所述第二去耦电容器252b。同样，所述第二切换支路212可以包括耦接在所述正极总线202与所述负极总线206之间的所述第三去耦电容器254a以及所述第四去耦电容器254b。如图5a所示，多个所述去耦电容器252a、252b、254a及254b可以布置在多个所述gan器件之间以及所述切换节点204的上方的所述pcb302的第一层304上。在一些示例中，多个所述去耦电容器的这种布置可以向每个所述gan器件提供局部稳定的dc电压，从而有效地消除多个所述gan器件、所述正极总线202与所述负极总线206之间的pcb寄生电感。例如，所述去耦电容器252b可以位于所述第二gan器件222的源极228附近，以使所述第二gan器件222的pcb寄生源极电感229b无效，并且所述去耦电容器252a可以位于所述第一gan器件212的漏极216附近，以使所述第一gan器件212的pcb寄生漏极电感217b无效。同样地，所述去耦电容器254a可以位于所述第四gan器件242的源极248附近，以使所述第四gan器件242的pcb寄生源极电感249b无效，并且所述去耦电容器254b可以位于所述第三gan器件232的漏极236附近，以使所述第三gan器件232的所述pcb漏极寄生电感237b无效。在一些示例中，所述正极总线202及所述负极总线206也可以设置在所述第一层304上；然而，在其他示例中，所述正极总线202以及所述负极总线206可以设置在所述pcb302的不同层上。

如图5a所示，可以使用一第一通孔508a将所述第一gan器件212的源极218耦合到所述切换节点204，并且可以使用一第二通孔508b将所述第二gan器件222的漏极226耦合到所述切换节点204。同样地，可以使用一第三通孔508c将所述第三gan器件232的源极238耦合到所述切换节点204，并且可以使用一第四通孔508d将所述第四gan器件242的漏极246耦合到所述切换节点204。通过将所述切换节点204放置在多个所述gan器件之间以及多个所述去耦电容器的下方，可以进一步最小化同一切换支路的多个gan器件之间的传导路径的电感。在一些示例中，最小化相同切换支路的多个gan器件之间的电感可以提高功率切换电路200在高速功率切换应用中的性能。

图5b示出了包括布置在所述pcb302上的所述功率切换电路200的一功率切换组件布局525的一示例。在一个示例中，所述功率切换组件布局525可以类似于图3a及图3b的所述功率切换组件300，其中多个所述gan器件212、222、232及242以表面安装器件(surfacemountdevice,smd)封装而被提供。在一些示例中，多个所述gan器件可以以各种类型的smd封装来被提供，所述smd封装包括但不限于扁平封装(flatpackages)、小尺寸封装(smalloutlinepackages)以及网格阵列(gridarrays)(例如，球栅及列栅)。类似于图5的所述功率切换组件布局500，多个所述gan器件布置在所述pcb302的第一层304上，使得相同切换支路(例如：208或210)的gan器件之间的传导路径比不同切换支路的gan器件之间的传导路径短。这样，相同切换支路的gan器件之间的传导路径可以具有比不同切换支路的gan器件之间的传导路径一更低的电感。

与所述功率切换组件布局500相似，所述功率切换组件布局525的切换节点204可以设置在所述pcb302的第二层306上。所述功率切换组件布局525还包括耦合在所述正极总线202与所述负极总线206之间的多个去耦电容器252a、252b、254a及254b，并布置在多个所述gan器件之间的所述pcb302的第一层304上，并且在所述切换节点204的上方。此外，多个所述gan器件对称地布置在所述pcb302上，并被定向使得所述栅极驱动传导路径504a至504d可以具有基本上相同的长度，从而最小化多个所述gan器件之间的栅极驱动延迟。在一些示例中，所述栅极驱动传导路径504a至504d可以包括在所述第一层304或所述第二层306上；然而，在其他示例中，所述栅极驱动传导路径可以包括在所述pcb302的不同层上，例如一第三层、一第四层或任何其他层。

如上所述，本文提供的示例可以使用每个都具有栅极、漏极及源极端子的gan场效应晶体管来实现；然而，在其他示例中，可以使用具有不同器件端子的不同类型的gan器件。例如，本文提供的示例可以通过均具有基极(base)、集电极(collector)及发射极(emitter)端子的gan双极性结型晶体管来实现。在其他示例中，可以使用不同类型的gan器件，例如gan高电子迁移率晶体管以及绝缘栅双极晶体管。在一些示例中，可以使用除gan之外的半导体材料的器件，例如硅(si)器件、砷化镓(gaas)器件等。

另外，本文讨论的实施例不限于特定类型的功率切换电路，并且可以有利地用于具有并联的gan器件的各种功率切换电路中。如上所述，所述功率切换电路200可以配置为具有一第一切换支路208以及一第二切换支路210的一半桥逆变器。然而，在其他示例中，所述功率切换电路200可以被不同地配置。例如，所述功率切换电路200可以配置为一半桥转换器(half-bridgeconverter)、一全桥逆变器(full-bridgeinverter)或包括并联的gan器件的任何其他类型的功率转换电路。如上所述，类似于图1的ups100，所述功率切换电路200可以包括在一ups的功率转换电路中。另外，所述功率切换电路200可以配置为具有两个以上的切换支路。

如上所述，本文提供了一种用于并联的gan器件的更有效及可靠的pcb结构。在至少一个实施例中，并联的gan器件被布置使得一功率切换电路的每个切换支路保持一独立的传导路径。通过为所述功率切换电路的每个切换支路保持独立的传导路径，可以在并联的gan器件之间实现最大的动态电流共享，从而减少电压过冲(voltageovershoots)及电流振荡，并提高所述功率切换电路的效率，特别是在大功率应用中。

因此，已经描述了本发明至少一个实施例的几个方面，本领域技术人员将容易想到各种改变、修饰及改进。这样的改变、修饰及改进旨在作为本公开的一部分，并且旨在落入本发明的精神及范围内。因此，前面的描述及附图仅作为示例。