高功率密度DC-DC变换器封装与集成技术研究课件

1、高功率密度DC-DC变换器封装与集成技术研究01课题背景介绍02研究现状03研究路线目录1课题背景介绍Flat-Panel TVLED lightingTelecomDatacenterServer课题背景介绍DC-DC变换器的应用场合:20082009201020112013硬开关50KHz5W/in3LLC谐振变换器100KHz34W/in3软开关1MHz121W/in37 X sizereduction4 X sizereduction前端变换器功率密度趋势效率功率密度提高开关频率是提高功率密度的关键。谐振变换器由于其天然的能够实现软开关使得它能够在高频下(高达几MHz)工作，所以本次课

2、题的研究内容主要针对谐振变换器。课题背景介绍新器件在DC-DC变换器的应用前景:2研究现状提高DC-DC变换器功率密度方法一:新器件的应用禁带宽度:决定器件的耐压和最高工作温度击穿场强:决定器件的耐压电子迁移率:决定器件的导电率相对介电常数:决定器件结电容大小Si、GaN功率模块比较与传统Si器件相比，GaN器件可以工作在更高频，在实现相同电路功能前提下有效减小电路中无源元件的大小，总体上减小模块体积研究现状3D integrated POL module to achieve a 1kW/in3Based LTCC technology to achieve a 700W/in3研究现状IP

3、M模块倒装芯片模块引线键合工艺，可靠性高成本低，加工简单，但引入的寄生参数较大三维有源功率器件集成封装工艺，将PCB工艺引入封装，最大限度的减小了寄生引线电感广泛采用DBC+PCB工艺，即提高了装置的集成又有利于散热提高DC-DC变换器功率密度方法二:有源器件集成3研究路线研究内容一:应用新一代半导体器件无源器件的集成（电感、变压器的无源集成）有源功率器件的集成LLC谐振电路研究路线研究路线应用新一代半导体器件无源器件的集成（电感、变压器的无源集成）有源功率器件的集成LLC谐振电路研究内容二:研究路线应用新一代半导体器件无源器件的集成（电感、变压器的无源集成）有源功率器件的集成LLC谐振电路研

4、究内容三:新器件的应用:35V Si MOSFETGaN HEMTAvoiding Avalanche CTransphorm 600VCascode GaN HEMT Si MOSFETCapacitanceGateDrainDrainGate开盖测试:研究路线GaN HEMT35V Si MOSFETGaN PowerLow-loss Switch新器件的应用:双脉冲测试:35V Si MOSFETGaN HEMTAvoiding Avalanche C双脉冲测试(Dual Pulse Test)获取IGBT在开关过程的主要参数，以评估Rgon及Rgoff的数值是否合适，评估是否需要配吸收

5、电路等.考量IGBT在变换器中工作时的实际表现。测试二极管的反向恢复电流是否合适，关断时的电压尖峰是否合适，开关过程是否有不合适的震荡等。实验平台研究路线无源器件的集成:背景介绍：随着开关频率的提高（尤其是开关频率明显高于100kHz时），由于涡流效应的影响，传统变压器的绕线式绕组损耗会明显增加。此外，绕线式磁性元件会对变换器的一体化和平坦化起到阻碍的作用。平面磁性元件在本质上能够提供比传统的绕线式磁性元件更小的尺寸体积，因此有助于变换器的小型化和模块化。传统非交错绕组 交错绕组(1)交错绕组(2)不同绕组结构的绕组损耗差距明显，本课题研究目的是设计出一绕组损耗较小的交错绕组结构的高频平面变压

6、器研究路线有源器件集成:35V Si MOSFETGaN HEMTAvoiding Avalanche CGaN HEMT35V Si MOSFETGaN PowerLow-loss Switch改用新型封装:传统的TO-220封装的GaN MOSFET，需要背带散热器来处理耗散功率，而新型的PQFN封装结构是直接表面安装在PCB板上的，不需要额外的散热器，提高了装置的集成度，且封装引入的额外的寄生电感较小。研究路线驱动及保护电路单独设计的模块灵活度更高，且生产加工简单，所以本课题的初阶目标定为驱动保护电路单独设计且MOSFET的封装形式改用贴片式。有源器件集成:MOSFET驱动设计:驱动保护

7、电路与MOSFET集成在一块Si基上驱动保护电路单独设计引线键合可靠性高，工艺简单DBC技术双层散热功率MOSFET只能采用裸片形式加工成本太高加工复杂回流焊工艺可靠性高功率MOSFET封装形式多样加工成本低加工简单需要额外大的散热器，不利于系统的集成MOSFET封装引入较大寄生电感、寄生电阻研究路线有源器件集成:进阶目标:当上述课题目标完成后，本课题考虑进阶的目标。有源器件的集成采用DBC+PCB技术，所有的MOSFET一律采用晶片(裸芯片)形式，直接焊接在高导热材料如DBC上，通过打键合线的方式和控制回路和保护回路联通，再将功率回路、驱动、保护、通信回路集成在同一个良好散热性的功率模块中，以实现变换器的模块化和高功率密度化。DBC+PCB技术PCB技术研究路线2015年12月2016年02月,文献调研新一代半导体器件和传统Si器件电路特性，功率变换器拓扑结构及基本工作原理分析；2016年03月2016年06月,借助于仿