一种GaN开关电源模组的制作方法

一种gan开关电源模组
技术领域
1.本实用新型实施例涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种gan开关电源模组。


背景技术：

2.gan半导体开关管可以应用在超高工作频率，又具有电容小、内阻小等优点，在产品设计中占据很大优势。但是在实际应用中由于辅助材料成本高、散热不好处理等因素导致应用难度大，对电路设计要求高，市场接受度较低。
3.现有的gan成品设计中，为抑制emc和控制温升，一般处理方法是：采用导热硅胶片、绝缘麦拉片和金属散热片的组合，并利用4层pcb增加地层敷铜面积，同时在整机内部灌注导热硅胶。但这种处理方法成本高，且生产工艺复杂，导致gan应用场景受限。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例提供一种gan开关电源模组，以解决成本高及生产工艺复杂的问题，同时减少传统处理方法对材料的浪费。
5.本实用新型实施例提供了一种gan开关电源模组，该模组包括：金属基板、gan半导体开关管电路和电源控制器电路；其中，
6.所述金属基板接地；
7.所述gan半导体开关管电路设置于所述金属基板上，包括gan半导体开关管，所述gan半导体开关管的漏极连接驱动电压输入接点，以通过所述驱动电压输入接点提供驱动电压；
8.所述电源控制器电路与所述gan半导体开关管电路连接，用于驱动所述gan半导体开关管的环路，所述电源控制器电路包括电源管理控制器，所述电源管理控制器分别与电源电压输出接点、工作电压输入接点、光电耦合器控制接点和电源地接点连接，以通过所述电源电压输出接点输出电源电压，通过所述工作电压输入接点提供工作电压，通过所述光电耦合器控制接点接入光耦反馈控制电路并调节输出电压，通过所述电源地接点接地。
9.可选的，所述gan半导体开关管电路还包括电压驱动控制器，所述电压驱动控制器与所述gan半导体开关管连接，用于对所述驱动电压进行转换，以适应所述gan半导体开关管。
10.可选的，所述电源控制器电路设置于所述金属基板上。
11.可选的，所述驱动电压输入接点、所述电源电压输出接点、所述工作电压输入接点、所述光电耦合器控制接点和所述电源地接点均设置在所述金属基板之外的pcb板上，并分别通过第一连接跳线、第二连接跳线、第三连接跳线、第四连接跳线和第五连接跳线连接到对应位置。
12.可选的，所述gan半导体开关管电路和所述电源管理控制器合封，且合封结构安装在所述金属基板上。
13.可选的，所述电源控制器电路、所述驱动电压输入接点、所述电源电压输出接点、
所述工作电压输入接点、所述光电耦合器控制接点和所述电源地接点均设置于所述金属基板之外的pcb板上。
14.可选的，所述驱动电压输入接点通过第一连接跳线连接到所述gan半导体开关管的漏极，所述电源控制器电路输出驱动控制信号并通过第六连接跳线连接到所述gan半导体开关管电路，所述gan半导体开关管的源极通过第七连接跳线连接到所述电源控制器电路上的电流检测接点。
15.可选的，所述电源电压输出接点通过限流电阻接入所述电源管理控制器。
16.可选的，所述工作电压输入接点通过整流滤波电路接入所述电源管理控制器，以为所述电源管理控制器提供工作电压。
17.可选的，所述工作电压输入接点通过分压电路接入所述电源管理控制器，以为所述电源管理控制器提供检测电压。
18.本实用新型实施例提供了一种gan开关电源模组，包括金属基板、gan半导体开关管电路和电源控制器电路，其中的金属基板接地，gan半导体开关管电路设置在金属基板上，则gan半导体开关管器件可以直接通过金属基板进行散热，很好的解决了gan半导体开关管的散热问题，而且成本较低，生产工艺也较为简单，还减少了材料的浪费，使得gan应用更容易，提高了第三代半导体市场应用场景，推动了第三代半导体发展。同时使高频工作电路接地，也起到了抑制emc的作用。
附图说明
19.图1为本实用新型实施例一提供的gan开关电源模组的结构示意图；
20.图2为本实用新型实施例一提供的另一种gan开关电源模组的结构示意图；
21.图3为本实用新型实施例一提供的gan开关电源模组的电路图；
22.图4为本实用新型实施例一提供的另一种gan开关电源模组的电路图；
23.图5为本实用新型实施例一提供的另一种gan开关电源模组的结构示意图；
24.图6为本实用新型实施例一提供的另一种gan开关电源模组的电路图。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
26.此外，术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种方向、动作、步骤或元件等，但这些方向、动作、步骤或元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个方向、动作、步骤或元件与另一个方向、动作、步骤或元件区分。举例来说，在不脱离本技术的范围的情况下，可以将第一连接跳线称为第二连接跳线，且类似地，可将第二连接跳线称为第一连接跳线。第一连接跳线和第二连接跳线两者都是连接跳线，但其不是同一连接跳线。术语“第一”、“第二”等不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
27.实施例一
28.图1为本实用新型实施例一提供的gan开关电源模组的结构示意图，本实施例可适用于对gan开关电源模组进行散热的情况。如图1所示，该模组包括：金属基板100、gan半导体开关管电路200和电源控制器电路300；其中，所述金属基板100接地；所述gan半导体开关管电路200设置于所述金属基板100上，包括gan半导体开关管，所述gan半导体开关管的漏极连接驱动电压输入接点drain，以通过所述驱动电压输入接点drain提供驱动电压；所述电源控制器电路300与所述gan半导体开关管电路200连接，用于驱动所述gan半导体开关管的环路，所述电源控制器电路300包括电源管理控制器，所述电源管理控制器分别与电源电压输出接点vb、工作电压输入接点vaux、光电耦合器控制接点fb和电源地接点pgnd连接，以通过所述电源电压输出接点vb输出电源电压，通过所述工作电压输入接点vaux提供工作电压，通过所述光电耦合器控制接点fb接入光耦反馈控制电路并调节输出电压，通过所述电源地接点pgnd接地。
29.其中，金属基板100可以是任意金属材料的基板，具体可以是铝基板。gan(氮化镓)半导体开关管电路200可以是gan半导体开关管与电阻、电容和二三极管的组合，通过将gan半导体开关管电路200安装在金属基板100上，同时金属基板100接地，gan半导体开关管产生的热量可以直接通过金属基板100进行散热，具体的，gan半导体开关管器件的结构是源极接散热金属，源极电压低适合大面积散热，从而可以利用gan半导体开关管器件的结构，使散热金属部分直接通过金属基板100进行散热。进一步的，驱动电压输入接点drain接gan半导体开关管的漏极，使得高电压从驱动电压输入接点drain进入gan半导体开关管，以驱动gan半导体开关管工作。
30.电源控制器电路300可以是电源管理控制器与电阻、电容和二三极管的组合，可用于驱动gan半导体开关管的主要环路，其中的电源管理控制器可以是电源管理芯片(如pfc、acf、qr、llc、半桥及全桥等等)，即电源类产品的控制芯片。进一步的，电源管理控制器可以与电源电压输出接点vb连接，以通过电源电压输出接点vb将交流输入整流滤波后得到的电源电压进行输出，可选的，所述电源电压输出接点vb通过限流电阻接入所述电源管理控制器，其中的限流电阻是用于电路启动和x电容电压泄放的限流电阻。电源管理控制器还可以与工作电压输入接点vaux连接，以通过工作电压输入接点vaux为电源管理控制器提供工作电压，具体可以通过工作电压输入接点vaux输入变压器/电感线圈反馈电压，可选的，所述工作电压输入接点vaux通过整流滤波电路接入所述电源管理控制器，以为所述电源管理控制器提供工作电压，以及可选的，所述工作电压输入接点vaux通过分压电路接入所述电源管理控制器，以为所述电源管理控制器提供检测电压。电源管理控制器还可以与光电耦合器控制接点fb连接，以使光耦反馈控制电路通过光电耦合器控制接点fb接入电源管理控制器，从而调节pwm控制器脉宽，控制输出电压电路。电源地接点pgnd可以为模组提供整机地环路，并可将电源管理控制器通过电源地接点pgnd进行接地。基于上述电路结构，使得高频工作电路接地，在有助于散热的基础上，还可以起到抑制emc的作用。
31.在上述技术方案的基础上，可选的，所述gan半导体开关管电路200还包括电压驱动控制器，所述电压驱动控制器与所述gan半导体开关管连接，用于对所述驱动电压进行转换，以适应所述gan半导体开关管。具体的，氮化镓本体只能由+6v至-10v驱动，而使用硅芯片驱动的输出电压是12v，则可以通过电压驱动控制器将12v的电压转换成6v。
32.在上述技术方案的基础上，可选的，如图1所示，所述电源控制器电路300设置于所述金属基板100上。
33.进一步可选的，如图2所示，所述驱动电压输入接点drain、所述电源电压输出接点vb、所述工作电压输入接点vaux、所述光电耦合器控制接点fb和所述电源地接点pgnd均设置在所述金属基板之外的pcb板400上，并分别通过第一连接跳线j3、第二连接跳线j4、第三连接跳线j2、第四连接跳线j5和第五连接跳线j1连接到对应位置，其中的连接跳线可以是0欧姆连接跳线，pcb板400可以是fr-4，图2中的r100为上述的限流电阻。具体的电路图可以如图3和图4所示，图3中以gan半导体开关管电路包括gan半导体开关管201、电源控制器电路包括电源管理控制器301为例进行示出，图4中以gan半导体开关管电路还包括电压驱动控制器202为例进行示出。
34.在上述技术方案的基础上，可选的，如图5所示，所述gan半导体开关管电路和所述电源管理控制器合封，且合封结构500安装在所述金属基板100上。其中，合封即将gan半导体开关管电路和电源管理控制器封装在一个集成芯片中，合封结构500底部可以接地，并可以直接通过金属基板100进行大面积散热。
35.在上述技术方案的基础上，可选的，所述电源控制器电路、所述驱动电压输入接点、所述电源电压输出接点、所述工作电压输入接点、所述光电耦合器控制接点和所述电源地接点均设置于所述金属基板之外的pcb板上。
36.进一步可选的，如图6所示，所述驱动电压输入接点drain通过第一连接跳线j3连接到所述gan半导体开关管201的漏极，所述电源控制器电路输出驱动控制信号(驱动控制信号接点gate)并通过第六连接跳线j6连接到所述gan半导体开关管电路，所述gan半导体开关管201的源极通过第七连接跳线j7连接到所述电源控制器电路上的电流检测接点isense。
37.本实用新型实施例所提供的gan开关电源模组，包括金属基板、gan半导体开关管电路和电源控制器电路，其中的金属基板接地，gan半导体开关管电路设置在金属基板上，则gan半导体开关管器件可以直接通过金属基板进行散热，很好的解决了gan半导体开关管的散热问题，而且成本较低，生产工艺也较为简单，还减少了材料的浪费，使得gan应用更容易，提高了第三代半导体市场应用场景，推动了第三代半导体发展。同时使高频工作电路接地，也起到了抑制emc的作用。
38.注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。