基于动态路径优化的氮化镓半桥模块制造技术

本发明专利技术属于电力电子器件封装集成技术领域，具体涉及一种基于动态路径优化的氮化镓半桥模块

【技术实现步骤摘要】
基于动态路径优化的氮化镓半桥模块PCB板布局方法及系统


[0001]本专利技术属于电力电子器件封装集成
，具体涉及一种基于动态路径优化的氮化镓半桥模块
PCB
板布局方法及系统
。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术
。
[0003]新型电力系统的发展对光伏逆变器
、
储能变流器和
DC
变换器等电力电子变换提出了更高的要求，即要求变换器具有高效率
、
高功率密度以及快速动态响应
。
在各种电力电子开关拓扑中，将两个功率半导体器件叠得到的半桥拓扑结构无处不在
。
目前硅
(Si)
基功率器件的制造工艺成熟
、
成本低
、
可靠性高，在半桥拓扑得到了较为广泛的应用
。
但硅基功率器件逐渐接近
Si
的理论极限，器件优化空间越来越小，致使电源系统的开关频率受到限制，高频开关损耗和电压电流尖峰异常显著
。
以氮化镓
(GaN)
器件为代表的第三代半导体器件，具有开关频率高
、
耐高温
、
可靠性高的等特点，小导通电阻使得导通损耗大幅降低，小门极电容使得开通
、
关断速度更快，低输出电容使得开关损耗较小，同时降低了器件开通所需要的反向电流
。
因此，越来越多的
>GaN
器件被应用在更高频场合，使得电力电子设备高频化
、
小型化成为可能
。
[0004]随着半桥拓扑工作频率的不断升高，功率器件键合引线和
PCB
板连线带来的寄生电感使可靠性问题越来越突出
。
由于
GaN
功率器件在开关特性
、
驱动方式特别是寄生敏感度等方面与硅基功率晶体管有着显著的区别，若直接使用传统方案驱动增强型
GaN
功率晶体管，极易引发损耗大甚至误开启等问题，导致高损耗以及一系列可靠性问题；因此，有必要根据
GaN
功率晶体管的特性对半桥功率模块结构进行优化设计
。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提出了一种基于动态路径优化的氮化镓半桥模块
PCB
板布局方法及系统，通过设定布线规则进行
PCB
板的路径规划约束，减小换流过程中所产生的电压尖峰，有效解决了解决换流过程中由电压尖峰和米勒平台振荡所引起的损耗问题，有效提高了桥功率模块结构的稳定可靠性
。
[0006]根据一些实施例，本专利技术的第一方案提供了一种基于动态路径优化的氮化镓半桥模块
PCB
板布局方法，采用如下技术方案：
[0007]一种基于动态路径优化的氮化镓半桥模块
PCB
板布局方法，包括：
[0008]获取氮化镓半桥模块
PCB
板上的电子元器件的位置信息；
[0009]根据所获取的电子元器件的位置信息和
PCB
布线路径生成规则，优化电子元器件之间布线的动态路径，得到
PCB
板的最优布线方案；
[0010]根据所得到的最优布线方案，进行
PCB
板的铺铜，完成氮化镓半桥模块
PCB
板的优化布局；
[0011]其中，在氮化镓半桥模块
PCB
板优化布局的过程中，提取氮化镓半桥模块的杂散电感，通过观测米勒平台振荡和电压尖峰的大小关系，得到氮化镓半桥模块
PCB
板的优化布局方案
。
[0012]作为进一步的技术限定，所述氮化镓半桥模块内设若干个增强型氮化镓晶体管和解耦电容
。
[0013]作为进一步的技术限定，在获取氮化镓半桥模块
PCB
板上的电子元器件的位置信息的过程中，对氮化镓半桥模块
PCB
板进行网格的划分，对
PCB
板上不同导电轨道的电路区域进行离散化，在所划分的网格布局中放置所有的元器件，固定每个独立的元器件的位置，进而获取
PCB
板上的电子元器件的位置信息
。
[0014]作为进一步的技术限定，所述
PCB
布线路径生成规则包括：
[0015](1)
设定
PCB
走线宽度阈值，确保两条平行的
PCB
走线轨道之间绝缘不重叠；
[0016](2)
两条平行
PCB
走线之间的距离不小于
PCB
走线宽度；
[0017](3)
路径之间的角度不使用直角
。
[0018]作为进一步的技术限定，采用有限元分析，导入
PCB
板模型，提取网络，连接不导通回路，对最优布线方案路径上的铺铜设置求解器频率和求解选项，提取氮化镓半桥模块杂散电感
。
[0019]作为进一步的技术限定，在优化电子元器件之间布线的动态路径的过程中，创建加权网格，固定元器件位置，构建元器件数学模型，根据
PCB
布线路径生成规则，采用迪克斯特拉算法自动生成电子元器件的布线路径，检测自动生成的路径有无交叉，优化电子元器件之间布线的动态路径，得到
PCB
板的最优布线方案
。
[0020]作为进一步的技术限定，根据所提取到的杂散电感进行仿真分析，在米勒平台振荡幅值和电压尖峰均低时，得到氮化镓半桥模块
PCB
板的优化布局方案
。
[0021]根据一些实施例，本专利技术的第二方案提供了一种基于动态路径优化的氮化镓半桥模块
PCB
板布局系统，采用了第一方案所提供的基于动态路径优化的氮化镓半桥模块
PCB
板布局方法，采用如下技术方案：
[0022]一种基于动态路径优化的氮化镓半桥模块
PCB
板布局系统，包括：
[0023]获取模块，其被配置为获取氮化镓半桥模块
PCB
板上的电子元器件的位置信息；
[0024]优化模块，其被配置为根据所获取的电子元器件的位置信息和
PCB
布线路径生成规则，优化电子元器件之间布线的动态路径，得到
PCB
板的最优布线方案；
[0025]布局模块，其被配置为根据所得到的最优布线方案，进行
PCB
板的铺铜，完成氮化镓半桥模块
PCB
板的优化布局；
[0026]其中，在氮化镓半桥模块
PCB
板优化布局的过程中，提取氮化镓半桥模块的杂散电感，通过观测米勒平台振荡和电压尖峰的大小关系，得到氮化镓半桥模块
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于动态路径优化的氮化镓半桥模块
PCB
板布局方法，其特征在于，包括：获取氮化镓半桥模块
PCB
板上的电子元器件的位置信息；根据所获取的电子元器件的位置信息和
PCB
布线路径生成规则，优化电子元器件之间布线的动态路径，得到
PCB
板的最优布线方案；根据所得到的最优布线方案，进行
PCB
板的铺铜，完成氮化镓半桥模块
PCB
板的优化布局；其中，在氮化镓半桥模块
PCB
板优化布局的过程中，提取氮化镓半桥模块的杂散电感，通过观测米勒平台振荡和电压尖峰的大小关系，得到氮化镓半桥模块
PCB
板的优化布局方案
。2.
如权利要求1中所述的一种基于动态路径优化的氮化镓半桥模块
PCB
板布局方法，其特征在于，所述氮化镓半桥模块内设若干个增强型氮化镓晶体管和解耦电容
。3.
如权利要求1中所述的一种基于动态路径优化的氮化镓半桥模块
PCB
板布局方法，其特征在于，在获取氮化镓半桥模块
PCB
板上的电子元器件的位置信息的过程中，对氮化镓半桥模块
PCB
板进行网格的划分，对
PCB
板上不同导电轨道的电路区域进行离散化，在所划分的网格布局中放置所有的元器件，固定每个独立的元器件的位置，进而获取
PCB
板上的电子元器件的位置信息
。4.
如权利要求1中所述的一种基于动态路径优化的氮化镓半桥模块
PCB
板布局方法，其特征在于，所述
PCB
布线路径生成规则包括：
(1)
设定
PCB
走线宽度阈值，确保两条平行的
PCB
走线轨道之间绝缘不重叠；
(2)
两条平行
PCB
走线之间的距离不小于
PCB
走线宽度；
(3)
路径之间的角度不使用直角
。5.
如权利要求1中所述的一种基于动态路径优化的氮化镓半桥模块
PCB
板布局方法，其特征在于，采用有限元分析，导入
PCB
板模型，提...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华佳，张岩，秦佳峰，曹文君，李付存，于丹文，张青青，王庆玉，张高峰，孙萌萌，孙运涛，张皓，张磊，周超，贾然，廖志凌，黄永红，桂久衡，管建鹏，陈羿豪，朱浩，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：