[发明专利]新能源发电系统用高效率GaN三相逆变器模块

权利要求书

1.新能源发电系统用高效率GaN三相逆变器模块，其特征是，包括：控制器(U1)、第一GaN半桥电路(1)、第二GaN半桥电路(2)、第三GaN半桥电路(3)、检测电路(U2)和反馈电路(U3)；所述第一GaN半桥电路(1)包括第一栅驱动电路(H)、第二栅驱动电路(L)、GaN功率开关MH、GaN功率开关ML、连接在第一栅驱动电路(H)和GaN功率开关MH之间的限流电阻RH、连接在第二栅驱动电路(L)和GaN功率开关ML之间的限流电阻RL；所述第二GaN半桥电路(2)包括第三栅驱动电路(H1)、第四栅驱动电路(L1)、GaN功率开关MH1和GaN功率开关ML1、连接在第三栅驱动电路(H1)和GaN功率开关MH1之间的限流电阻RH1、连接在第四栅驱动电路(L1)和GaN功率开关ML1之间的限流电阻RL1；所述第三GaN半桥电路(3)包括第五栅驱动电路(H2)、第六栅驱动电路(L2)、GaN功率开关MH2和GaN功率开关ML2、连接在第五栅驱动电路(H2)和GaN功率开关MH2之间的限流电阻RH2、连接在第六栅驱动电路(L2)和GaN功率开关ML2之间的限流电阻RL2；

电路的连接关系如下：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，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，控制器(U1)的第三脉宽信号PWH1输出端连接到第三栅驱动电路(H1)的输入端，控制器(U1)的第四脉宽信号PWL1输出端连接到第四栅驱动电路(L1)的输入端，控制器(U1)的第五脉宽信号PWH2输出端连接到第五栅驱动电路(H2)的输入端，控制器(U1)的第六脉宽信号PWL2输出端连接到第六栅驱动电路(L2)的输入端；

GaN功率开关MH的源端连接到输入高压母线Vbus，GaN功率开关MH的漏端为半桥输出HB，半桥输出HB连接到GaN功率开关ML的漏端和电感Lc1的左端，GaN功率开关ML的源端连接到输入低压母线Vgnd和电容C1的下端；GaN功率开关MH1的源端连接到输入高压母线Vbus，GaN功率开关MH1的漏端为半桥输出HB1，半桥输出HB1连接到GaN功率开关ML1的漏端和电感Lc2的左端，GaN功率开关ML1的源端连接到输入低压母线Vgnd和电容C2的下端；GaN功率开关MH2的源端连接到输入高压母线Vbus，GaN功率开关MH2的漏端为半桥输出HB2，半桥输出HB2连接到GaN功率开关ML2的漏端和电感Lc3的左端，GaN功率开关ML2的源端连接到输入低压母线Vgnd和电容C3的下端；

电感Lc1的右端连接到电容C1的上端、检测电路(U2)的第一输入端口、输出电容C4的上端、输出电容C6的下端和第一相输出高压母线Uo；电感Lc2的右端连接到电容C2的上端、检测电路(U2)的第二输入端口、输出电容C4的下端、输出电容C5的上端和第二相输出高压母线Vo；电感Lc3的右端连接到电容C3的上端、检测电路(U2)的第三输入端口、输出电容C5的下端、输出电容C6的上端和第三相输出高压母线Wo；检测电路(U2)输出的对三相逆变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：分布在正面的第一GaN半桥版图区(21)、第二GaN半桥版图区(22)、第三GaN半桥版图区(23)、检测电路(U2)版图区、输出电容C4版图区、输出电容C5版图区、输出电容C6版图区，和分布在反面的低压供电区(24)；正面和反面之间的所有PWM脉宽信号和所有检测信号通过通孔连接信号；

所述第一GaN半桥版图区(21)、第二GaN半桥版图区(22)和第三GaN半桥版图区(23)采用相同的GaN半桥版图区布局方式，即内部均包括栅驱动电路版图区、限流电阻版图区、GaN功率开关版图区、散热器版图区、半桥输出版图区、电感版图区、电容版图区、输入高压母线Vbus版图区和输入高压地线Vgnd版图区，所述散热器版图区分布在半桥输出版图区的内部；

输出电容C4版图区跨接在第一GaN半桥版图区(21)和第二GaN半桥版图区(22)之间，输出电容C5版图区跨接在第二GaN半桥版图区(22)和第三GaN半桥版图区(23)之间，输出电容C6版图区跨接在第一GaN半桥版图区(21)和第三GaN半桥版图区(23)之间；

所述低压供电区(24)内部包含控制器(U1)版图区、反馈电路(U3)版图区和低压地线版图区；

所有GaN功率开关均采用多个小电流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；

所述输入高压母线Vbus版图区和输入高压地线Vgnd版图区均包括C型半包围结构，每个C型半包围结构所包围的空间内分布有：通孔版图区、栅驱动电路版图区、限流电阻版图区、HEMT器件版图区；

所述第一GaN半桥版图区(21)内的输入高压母线Vbus版图区的C型半包围结构所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MH11版图区和HEMT器件MH12版图区；所述HEMT器件MH11版图区左侧和HEMT器件MH12版图区左侧朝向限流电阻RH的右端；

所述输入高压母线Vbus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个三角形的斜边相对，分别连接HEMT器件MH11版图区和HEMT器件MH12版图区的源极；所述HEMT器件MH11版图区和HEMT器件MH12版图区的漏极之间夹着半桥输出HB版图区的左上角，该左上角的形状为一个顶角朝左且为锐角的等腰三角形；

所述第一GaN半桥版图区(21)内的输入高压地线Vgnd版图区的C型半包围结构所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ML11版图区和HEMT器件ML12版图区；所述HEMT器件ML11版图区左侧和HEMT器件ML12的版图区左侧朝向限流电阻RL的右端；

所述输入高压地线Vgnd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个三角形的斜边相对，分别连接HEMT器件ML11版图区和HEMT器件ML12版图区的源极；所述HEMT器件ML11版图区和HEMT器件ML12版图区的漏极之间夹着半桥输出HB版图区的左下角，该左下角的形状为一个顶角朝左且为锐角的等腰三角形；

所述第二GaN半桥版图区(22)和第三GaN半桥版图区(23)中的输入高压母线Vbus版图区和输入高压地线Vgnd版图区均采用与第一GaN半桥版图区(21)相同的C型半包围结构。