高功率密度GaN全桥LLC电源模块

摘要

本发明公开了一种高功率密度GaN全桥LLC电源模块，包括依次连接的输入整流模块、GaN功率因数校正模块和GaN全桥LLC变换器模块；所述GaN功率因数校正模块将输入整流模块得到的输入高压直流母线DC的输入进行功率因数校正，得到功率因数校正后的高压母线Vbus和低压母线Vgnd；GaN全桥LLC变换器模块对所述高压母线Vbus和低压母线Vgnd的输出进行DC/DC变换，采用输出高压母线Vout+和输出低压母线Vout‑进行输出。本发明为提高全桥LLC电源模块的开关频率，采用LGA封装的GaN器件进行开关变换；为提高可靠性，采用双面布局结构对栅驱动、多管并联GaN器件和电压母线进行布局优化，保证GaN器件工作在安全区域状态，从而实现高密度功率集成和高效率，相关技术可以广泛应用于高密度AC/DC电源模块中。

权利要求

1.高功率密度GaN全桥LLC电源模块，其特征是,包括：依次连接的输入整流模块、GaN功率因数校正模块和GaN全桥LLC变换器模块；所述GaN功率因数校正模块将输入整流模块得到的输入高压直流母线DC的输入进行功率因数校正，得到功率因数校正后的高压母线Vbus和低压母线Vgnd；GaN全桥LLC变换器模块对所述高压母线Vbus和低压母线Vgnd的输出进行DC/DC变换，采用输出高压母线Vout+和输出低压母线Vout-进行输出；

所述GaN功率因数校正模块包括：PFC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，PFC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；第一栅驱动电路(H)的输出端连接到限流电阻RH的左端，限流电阻RH的右端连接到GaN功率开关MH的栅端，第二栅驱动电路(L)的输出端连接到限流电阻RL的左端，限流电阻RL的右端连接到GaN功率开关ML的栅端；GaN功率开关MH的源端连接电感L1的右端VH和输出二极管D1的阳极，GaN功率开关MH的漏端同时也是低压母线Vgnd和GaN功率开关ML的漏端，还连接到第一检测电路(U2)的第一输入端口和输出电容C1的下端；GaN功率开关ML的源端连接到电感L2的右端VL和输出二极管D2的阳极；输出二极管D1阴极和输出二极管D2阴极连接到高压母线端Vbus、第一检测电路(U2)的第二输入端口以及输出电容C1的上端；输入高压直流母线DC连接到电感L1和电感L2的左端；第一检测电路(U2)输出的对GaN功率因数校正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第一反馈电路(U3)的输入端；第一反馈电路(U3)将GaN功率因数校正模块的电压检测信号、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PFC控制器(U1)；

所述GaN全桥LLC变换器模块包括：PWM控制器(U4)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，PWM控制器(U4)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；第三栅驱动电路(H1)的输出端连接到限流电阻RH1的左端，限流电阻RH1的右端连接到GaN功率开关MHo的栅端，第四栅驱动电路(L1)的输出端连接到限流电阻RL1的左端，限流电阻RL1的右端连接到GaN功率开关MLo的栅端；GaN功率开关MHo的源端连接到高压母线Vbus，GaN功率开关MHo的漏端为第一半桥输出(FB1)，第一半桥输出(FB1)连接到GaN功率开关MLo的漏端和谐振电容Cr的左端，谐振电容Cr的右端连接谐振电感Lr的左端，谐振电感Lr的右端连接变压器T输入高压端，GaN功率开关MLo的源端连接到低压母线Vgnd；PWM控制器(U4)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，PWM控制器(U4)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；第五栅驱动电路(H2)的输出端连接到限流电阻RH2的左端，限流电阻RH2的右端连接到GaN功率开关MHc的栅端，第六栅驱动电路(L2)的输出端连接到限流电阻RL2的左端，限流电阻RL2的右端连接到GaN功率开关MLc的栅端；GaN功率开关MHc的源端连接到高压母线Vbus，GaN功率开关MHc的漏端为第二半桥输出(FB2)，第二半桥输出(FB2)连接GaN功率开关MLc的漏端以及变压器T输入低压端；GaN功率开关MLc的源端连接到低压母线Vgnd；变压器T的第一输出端与输出二极管D3的阳极以及输出二极管D32的阴极相连，变压器T的第四输出端与输出二极管D4的阳极以及输出二极管D42的阴极相连，变压器T的第二和第三输出端同时连接到输出电容Co的下端、第二检测电路(U5)的第一输入端口和输出低压母线Vout-端；输出二极管D3的阴极和输出二极管D4的阴极相连，并连接到输出电容Co的上端和输出电感Lo的左端；输出电感Lo的右端连接第二检测电路(U5)的第二输入端口和输出高压母线端Vout+；输出二极管D32的阳极和输出二极管D42的阳极相连并连接到输出电容Co的下端；第二检测电路(U5)输出的对GaN全桥LLC变换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第二反馈电路(U6)的输入端；第二反馈电路(U6)将GaN全桥LLC变换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处理为反馈信号，输出给PWM控制器(U4)；

所述的GaN功率开关MH、ML、MHo、MLo、MHc和MLc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；

所述输入整流模块、GaN功率因数校正模块和GaN全桥LLC变换器模块在版图实现时采用双面布局结构，包括：输入高压区(1)、PFC版图区(2)和LLC版图区(3)，还包括：输入高压直流母线DC版图区(21)跨接在输入高压区(1)和PFC版图区(2)之间，高压母线Vbus版图区和低压母线Vgnd版图区跨接在PFC版图区(2)和LLC版图区(3)之间，LLC版图区(3)内部的输出高压母线Vout+版图区和输出低压母线Vout-版图区提供输出电源；所述输入整流模块实现为输入高压区(1)，输入高压区(1)和输入高压直流母线DC版图区(21)位于正面；

所述PFC版图区(2)包括：PFC输出电压区(22)和PFC低压供电区(23)；PFC输出电压区(22)分布在正面，PFC低压供电区(23)分布在反面；输入高压直流母线DC版图区(21)右侧和PFC输出电压区(22)的左侧重合；

所述PFC输出电压区(22)包括：第二散热器版图区、第一栅驱动电路(H)版图区、第二栅驱动电路(L)版图区、限流电阻RH版图区、限流电阻RL版图区、GaN功率开关MH版图区、GaN功率开关ML版图区、输出二极管D1版图区、输出二极管D2版图区、电感L1版图区、电感L2版图区、输出电容C1版图区、高压母线Vbus版图区的一侧、低压母线Vgnd版图区的一侧、VH版图区、VL版图区和第一检测电路(U2)版图区；

所述低压供电区(23)包括：PFC控制器版图区、第一反馈电路(U3)版图区和PFC低压地线版图区；

正面和反面之间的第一脉宽信号PWH、第二脉宽信号PWL以及第一检测电路(U2)输出的对GaN功率因数校正模块的电压检测信号、电流检测信号和温度检测信号通过通孔连接信号；

所述LLC版图区(3)包括：分布于正面的LLC输入高压区(31)、变压器T版图区(32)、LLC输出电压区(33)和分布于反面的LLC低压供电区(34)，所述LLC输入高压区(31)包括：第三栅驱动电路(H1)版图区、第四栅驱动电路(L1)版图区、第五栅驱动电路(H2)版图区、第六栅驱动电路(L2)版图区、限流电阻RH1版图区、限流电阻RL1版图区、限流电阻RH2版图区、限流电阻RL2版图区、GaN功率开关MHo版图区、GaN功率开关MLo版图区、GaN功率开关MHc版图区、GaN功率开关MLc版图区、第三散热器版图区、谐振电容Cr版图区、谐振电感Lr版图区、半桥输出版图区、高压母线Vbus版图区的另一侧和PFC低压母线Vgnd版图区的另一侧，所述第三散热器版图区、谐振电容Cr版图区、谐振电感Lr版图区分布在半桥输出版图区的内部；

所述LLC输出电压区(33)包括：第一散热器版图区、输出二极管D3版图区、输出二极管D4版图区、输出二极管D32版图区、输出二极管D42版图区、输出电感Lo版图区、输出电容Co版图区、第二检测电路(U5)版图区、输出高压母线Vout+版图区和输出低压母线Vout-版图区；所述变压器T版图区(32)跨接在LLC输入高压区(31)和LLC输出电压区(33)之间；变压器T版图区(32)左侧，即变压器输入端部分版图区，和半桥输出版图区的右侧重合；变压器T版图区(32)右侧，即变压器输出端部分版图区，和第一散热器版图区的左侧重合；

所述LLC低压供电区(34)包括：PWM控制器(U4)版图区、第二反馈电路(U6)版图区和LLC低压地线版图区；

正面和反面之间的第三脉宽信号PWH1、第四脉宽信号PWL1、第五脉宽信号PWH2和第六脉宽信号PWL2，以及第二检测电路(U5)输出的对GaN全桥LLC变换器模块的电压检测信号、电流检测信号和温度检测信号通过通孔连接信号；

所述VH版图区包含C型半包围结构，该C型半包围结构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MH1版图区和HEMT器件MH2版图区；HEMT器件MH1和HEMT器件MH2并联构成GaN功率开关MH；

所述HEMT器件MH1版图区左侧和HEMT器件MH2版图区的左侧朝向限流电阻RH的右端PH；

该VH版图区包含的C型半包围结构的两个端部均为直角三角形形状，2个三角形的斜边相对，分别连接HEMT器件MH1版图区源极和HEMT器件MH2版图区的源极；

所述HEMT器件MH1版图区和HEMT器件MH2版图区的漏极之间夹着所述低压母线Vgnd版图区的左上角，该左上角形状为一个顶角朝左且为锐角的等腰三角形；

所述限流电阻RH的右端PH到HEMT器件MH1栅端的金属线和限流电阻RH的右端PH到HEMT器件MH2栅端的金属线长度必须严格相等，并且两根金属线的长度均小于5mm，同时之间的夹角小于120度。

2.根据权利要求1所述的高功率密度GaN全桥LLC电源模块，其特征是，所述VL版图区包含C型半包围结构，该C型半包围结构包围的空间分布有通孔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ML1版图区和HEMT器件ML2版图区；HEMT器件ML1和HEMT器件ML2并联构成GaN功率开关ML；

所述HEMT器件ML1版图区和HEMT器件ML2的版图区的左侧，朝向限流电阻RL的右端PL；

该VL版图区包含的C型半包围结构的两个端部均为直角三角形形状，2个三角形的斜边相对，分别连接HEMT器件ML1版图区和HEMT器件ML2版图区的源极；

所述HEMT器件ML1版图区和HEMT器件ML2版图区的漏极之间夹着所述低压母线Vgnd版图区的左下角，该左下角形状为一个顶角朝左且为锐角的等腰三角形；

所述限流电阻RL的右端PL到HEMT器件ML1栅端的金属线和限流电阻RL的右端PL到HEMT器件ML2的栅端的金属线长度必须严格相等，并且两根金属线的长度均小于5mm，同时之间的夹角小于120度。

3.根据权利要求1所述的高功率密度GaN全桥LLC电源模块，其特征是，负责传输第一脉宽信号PWH、第二脉宽信号PWL的两根金属线长度、宽度和厚度都严格相等；两根金属线采用平行走线方式，之间距离不大于2mm；两根金属线布局走过的区域由低压地线进行隔离保护。

4.根据权利要求1所述的高功率密度GaN全桥LLC电源模块，其特征是，负责传输第三脉宽信号PWH1和第四脉宽信号PWL1的两根金属线长度、宽度和厚度都严格相等，两根金属线采用平行走线方式，之间距离不大于2mm；两根金属线布局走过的区域由低压地线进行隔离保护；负责传输第五脉宽信号PWH2和第六脉宽信号PWL2的两根金属线长度、宽度和厚度都严格相等，两根金属线采用平行走线方式，之间距离不大于2mm；两根金属线布局走过的区域由低压地线进行隔离保护。

说明书

高功率密度GaN全桥LLC电源模块

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于新一代充电机电源的高功率密度GaN全桥LLC电源模块，属于电源技术领域。

背景技术

[0002] 进入21世纪，在智能电网、移动通信以及新能源汽车等新兴产业的牵引下，电力电子应用系统要求进一步提高系统的效率、小型化和增加功能，特别要求电路应用在尺寸、质
量、功率和效率之间的权衡，比如服务器电源管理、电池充电器和太阳能光伏微逆变器。上
述应用要求电力电子系统在设计效率>95％的同时，还具有高的功率密度(>500W/in3，即
3
30.5W/cm)、高比功率(10kW/磅,22kW/kg)和高总负载点(>1000W)。随着超结MOSFET和绝缘
栅双极晶体管(IGBT)的出现和应用普及，器件性能逐渐接近硅材料的极限，每四年功率密
度提升1倍的规律趋于饱和(功率电子领域的摩尔定律)，功率密度仅为个位数的硅基功率
半导体器件的开发由于上述原因而困难重重。

[0003] 近年来以氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体功率器件，因禁带宽、击穿电场强度高、高电子饱和速度快，在大功率、高温、高频、抗辐射的微电子领域，以及短波长光电子领
域，有明显优于Si、Ge、GaAs等第一代和第二代半导体材料的性能。GaN功率器件与Si器件相
比具有优越的通态特性和非常好的开关特性，因此在较短的时间内就吸引了工业界的关
注，从事应用研究的学者们也开展了大量的研究工作，将其应用到POL、DC/DC等低压、小功
率的电源装置中。研究表明，用GaN器件替换Si器件可以大幅度提高开关频率，同时保持了
良好的效率指标。毫无疑问，在低压、小功率应用中，GaN器件将会获得越来越普遍的应用，
并极大的促进这些领域电源装置在功率密度、效率等方面的性能的提高。

[0004] 当前新能源汽车和电动车动力电池充电机系统的设计中面临着日益严峻的的挑战，需要更高的充电效率和更大的充电功率。随着整车系统对电源模块小型化和功率密度
要求日益严格，如何在空间不变的情况下，提供越来越高的输出功率，并具有超高速瞬态响
应和最佳的性价比，是充电机电源设计的一个综合瓶颈问题。PFC(功率因数校正)电路连接
地面充电装置与隔离型DC/DC变换电路，使输入电流波形接近正弦波，并跟踪输入电压，使
两者同相位，提高车载充电机交流输入端的功率因数，消除谐波，最大程度地减轻车载充电
机对电网的污染，而实现其小型化和功率密度提升的主要途径就是提高电源系统的开关工
作频率。GaN器件的特性，使得GaN器件的栅极驱动电荷(Qg)很小，结电容也非常小，开关速
度比Si器件快得多。而开关频率提高带来的好处是提高功率密度，因此采用GaN器件开发新
型充电电源模块是一种很好的技术途径。

[0005] 然而采用提高开关频率的方式来提高功率密度，需要面临两方面的瓶颈问题：一是GaN器件开关过程中开关支路的电流变化非常迅速、di/dt很高，由于功率回路中不可避
免的存在寄生电感，当电流迅速变化时，在开关器件两端会产生很高的尖峰过电压。轻则造
成电路误动作、EMI超标，重则导致器件击穿损坏。GaN器件很高的开关速度导致其开关过程
中的寄生振荡和过电压现象远比Si器件明显。GaN器件由于开关速度更快，因此对电路中的
寄生电感更为敏感。如果布线不够优化，寄生电感较大，则会直接影响电路的正常工作。二
是随着GaN功率模块的功率密度提高，功率器件的散热要求更为严格。原因在于模块体积减
小，散热器结构的选择和位置的摆放对功率模块的性能影响较传统功率模块更敏感。

发明内容

[0006] 针对采用GaN功率器件进行功率集成时面临的应用挑战，本发明在栅驱动电路、器件布局和散热等方面进行了优化设计，提出了一种采用GaN功率器件应用于新一代充电机
电源系统的高功率密度全桥LLC电源模块的方案。

[0007] 按照本发明提供的技术方案，所述的高功率密度GaN全桥LLC电源模块包括依次连接的输入整流模块、GaN功率因数校正模块和GaN全桥LLC变换器模块；所述GaN功率因数校
正模块将输入整流模块得到的输入高压直流母线DC的输入进行功率因数校正，得到功率因
数校正后的高压母线Vbus和低压母线Vgnd；GaN全桥LLC变换器模块对所述高压母线Vbus和
低压母线Vgnd的输出进行DC/DC变换，采用输出高压母线Vout+和输出低压母线Vout-进行
输出；

[0008] 所述GaN功率因数校正模块包括：PFC控制器的第一脉宽信号PWH输出端连接到第一栅驱动电路的输入端，PFC控制器的第二脉宽信号PWL输出端连接到第二栅驱动电路的输
入端；第一栅驱动电路的输出端连接到限流电阻RH的左端，限流电阻RH的右端连接到GaN功
率开关MH的栅端，第二栅驱动电路的输出端连接到限流电阻RL的左端，限流电阻RL的右端
连接到GaN功率开关ML的栅端；GaN功率开关MH的源端连接电感L1的右端VH和输出二极管D1
的阳极，GaN功率开关MH的漏端同时也是低压母线Vgnd和GaN功率开关ML的漏端，还连接到
第一检测电路的第一输入端口和输出电容C1的下端；GaN功率开关ML的源端连接到电感L2
的右端VL和输出二极管D2的阳极；输出二极管D1阴极和输出二极管D2阴极连接到高压母线
端Vbus、第一检测电路的第二输入端口以及输出电容C1的上端；输入高压直流母线DC连接
到电感L1和电感L2的左端；第一检测电路输出的对GaN功率因数校正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第一反馈电路的输入端；第一反馈电路将GaN功
率因数校正模块的电压检测信号、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PFC控制器；

[0009] 所述GaN全桥LLC变换器模块包括：PWM控制器的第三脉宽信号PWH1输出端连接到第三栅驱动电路的输入端，PWM控制器的第四脉宽信号PWL1输出端连接到第四栅驱动电路
的输入端；第三栅驱动电路的输出端连接到限流电阻RH1的左端，限流电阻RH1的右端连接
到GaN功率开关MHo的栅端，第四栅驱动电路的输出端连接到限流电阻RL1的左端，限流电阻
RL1的右端连接到GaN功率开关MLo的栅端；GaN功率开关MHo的源端连接到高压母线Vbus，
GaN功率开关MHo的漏端为第一半桥输出，第一半桥输出连接到GaN功率开关MLo的漏端和谐
振电容Cr的左端，谐振电容Cr的右端连接谐振电感Lr的左端，谐振电感Lr的右端连接变压
器T输入高压端，GaN功率开关MLo的源端连接到低压母线Vgnd；PWM控制器的第五脉宽信号
PWH2输出端连接到第五栅驱动电路的输入端，PWM控制器的第六脉宽信号PWL2输出端连接
到第六栅驱动电路的输入端；第五栅驱动电路的输出端连接到限流电阻RH2的左端，限流电
阻RH2的右端连接到GaN功率开关MHc的栅端，第六栅驱动电路的输出端连接到限流电阻RL2
的左端，限流电阻RL2的右端连接到GaN功率开关MLc的栅端；GaN功率开关MHc的源端连接到
高压母线Vbus，GaN功率开关MHc的漏端为第二半桥输出，第二半桥输出连接GaN功率开关
MLc的漏端以及变压器T输入低压端；GaN功率开关MLc的源端连接到低压母线Vgnd；变压器T
的第一输出端与输出二极管D3的阳极以及输出二极管D32的阴极相连，变压器T的第四输出
端与输出二极管D4的阳极以及输出二极管D42的阴极相连，变压器T的第二和第三输出端同
时连接到输出电容Co的下端、第二检测电路的第一输入端口和输出低压母线Vout-端；输出
二极管D3的阴极和输出二极管D4的阴极相连，并连接到输出电容Co的上端和输出电感Lo的
左端；输出电感Lo的右端连接第二检测电路的第二输入端口和输出高压母线端Vout+；输出
二极管D32的阳极和输出二极管D42的阳极相连并连接到输出电容Co的下端；第二检测电路
输出的对GaN全桥LLC变换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
到第二反馈电路的输入端；第二反馈电路将GaN全桥LLC变换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处理为反馈信号，输出给PWM控制器。

[0010] 具体的，所述的GaN功率开关MH、ML、MHo、MLo、MHc和MLc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。

[0011] 具体的，所述输入整流模块、GaN功率因数校正模块和GaN全桥LLC变换器模块在版图实现时采用双面布局结构，包括：输入高压区、PFC版图区和LLC版图区，还包括：输入高压
直流母线DC版图区跨接在输入高压区和PFC版图区之间，高压母线Vbus版图区和低压母线
Vgnd版图区跨接在PFC版图区和LLC版图区之间，LLC版图区内部的输出高压母线Vout+版图
区和输出低压母线Vout-版图区提供输出电源；所述输入整流模块实现为输入高压区，输入
高压区和输入高压直流母线DC版图区位于正面；

[0012] 所述PFC版图区包括：PFC输出电压区和PFC低压供电区；PFC输出电压区分布在正面，PFC低压供电区分布在反面；输入高压直流母线DC版图区右侧和PFC输出电压区的左侧
重合；

[0013] 所述PFC输出电压区包括：第二散热器版图区、第一栅驱动电路版图区、第二栅驱动电路版图区、限流电阻RH版图区、限流电阻RL版图区、GaN功率开关MH版图区、GaN功率开
关ML版图区、输出二极管D1版图区、输出二极管D2版图区、电感L1版图区、电感L2版图区、输
出电容C1版图区、高压母线Vbus版图区的一侧、低压母线Vgnd版图区的一侧、VH版图区、VL
版图区和第一检测电路版图区；

[0014] 所述低压供电区包括：PFC控制器版图区、第一反馈电路版图区和PFC低压地线版图区；

[0015] 正面和反面之间的第一脉宽信号PWH、第二脉宽信号PWL以及第一检测电路输出的对GaN功率因数校正模块的电压检测信号、电流检测信号和温度检测信号通过通孔连接信
号。

[0016] 具体的，所述LLC版图区包括：分布于正面的LLC输入高压区、变压器T版图区、LLC输出电压区和分布于反面的LLC低压供电区，所述LLC输入高压区包括：第三栅驱动电路版
图区、第四栅驱动电路版图区、第五栅驱动电路版图区、第六栅驱动电路版图区、限流电阻
RH1版图区、限流电阻RL1版图区、限流电阻RH2版图区、限流电阻RL2版图区、GaN功率开关
MHo版图区、GaN功率开关MLo版图区、GaN功率开关MHc版图区、GaN功率开关MLc版图区、第三
散热器版图区、谐振电容Cr版图区、谐振电感Lr版图区、半桥输出版图区、高压母线Vbus版
图区的另一侧和PFC低压母线Vgnd版图区的另一侧，所述第三散热器版图区、谐振电容Cr版
图区、谐振电感Lr版图区分布在半桥输出版图区的内部；

[0017] 所述LLC输出电压区包括：第一散热器版图区、输出二极管D3版图区、输出二极管D4版图区、输出二极管D32版图区、输出二极管D42版图区、输出电感Lo版图区、输出电容Co
版图区、第二检测电路版图区、输出高压母线Vout+版图区和输出低压母线Vout-版图区；所
述变压器T版图区跨接在LLC输入高压区和LLC输出电压区之间；变压器T版图区左侧，即变
压器输入端部分版图区，和半桥输出版图区的右侧重合；变压器T版图区右侧，即变压器输
出端部分版图区，和第一散热器版图区的左侧重合；

[0018] 所述LLC低压供电区包括：PWM控制器版图区、第二反馈电路版图区和LLC低压地线版图区；

[0019] 正面和反面之间的第三脉宽信号PWH1、第四脉宽信号PWL1、第五脉宽信号PWH2和第六脉宽信号PWL2，以及第二检测电路输出的对GaN全桥LLC变换器模块的电压检测信号、
电流检测信号和温度检测信号通过通孔连接信号。

[0020] 具体的，所述VH版图区包含C型半包围结构，该C型半包围结构包围的空间内分布有：通孔P_PWH版图区、第一栅驱动电路版图区、限流电阻RH版图区、HEMT器件MH1版图区和
HEMT器件MH2版图区；HEMT器件MH1和HEMT器件MH2并联构成GaN功率开关MH；

[0021] 所述HEMT器件MH1版图区左侧和HEMT器件MH2版图区的左侧朝向限流电阻RH的右端PH；

[0022] 该VH版图区包含的C型半包围结构的两个端部均为直角三角形形状，2个三角形的斜边相对，分别连接HEMT器件MH1版图区源极和HEMT器件MH2版图区的源极；

[0023] 所述HEMT器件MH1版图区和HEMT器件MH2版图区的漏极之间夹着所述低压母线Vgnd版图区的左上角，该左上角形状为一个顶角朝左且为锐角的等腰三角形；

[0024] 所述限流电阻RH的右端PH到HEMT器件MH1栅端的金属线和限流电阻RH的右端PH到HEMT器件MH2栅端的金属线长度必须严格相等，并且两根金属线的长度均小于5mm，同时之
间的夹角小于120度。

[0025] 具体的，所述VL版图区包含C型半包围结构，该C型半包围结构包围的空间分布有通孔P_PWL版图区、第二栅驱动电路版图区、限流电阻RL版图区、HEMT器件ML1版图区和HEMT
器件ML2版图区；HEMT器件ML1和HEMT器件ML2并联构成GaN功率开关ML；

[0026] 所述HEMT器件ML1版图区和HEMT器件ML2的版图区的左侧，朝向限流电阻RL的右端PL；

[0027] 该VL版图区包含的C型半包围结构的两个端部均为直角三角形形状，2个三角形的斜边相对，分别连接HEMT器件ML1版图区和HEMT器件ML2版图区的源极；

[0028] 所述HEMT器件ML1版图区和HEMT器件ML2版图区的漏极之间夹着所述低压母线Vgnd版图区的左下角，该左下角形状为一个顶角朝左且为锐角的等腰三角形；

[0029] 所述限流电阻RL的右端PL到HEMT器件ML1栅端的金属线和限流电阻RL的右端PL到HEMT器件ML2的栅端的金属线长度必须严格相等，并且两根金属线的长度均小于5mm，同时
之间的夹角小于120度。

[0030] 具体的，负责传输第一脉宽信号PWH、第二脉宽信号PWL的两根金属线长度、宽度和厚度都严格相等；两根金属线采用平行走线方式，之间距离不大于2mm；两根金属线布局走
过的区域由低压地线进行隔离保护。

[0031] 具体的，负责传输第三脉宽信号PWH1和第四脉宽信号PWL1的两根金属线长度、宽度和厚度都严格相等，两根金属线采用平行走线方式，之间距离不大于2mm；两根金属线布
局走过的区域由低压地线进行隔离保护；负责传输第五脉宽信号PWH2和第六脉宽信号PWL2
的两根金属线长度、宽度和厚度都严格相等，两根金属线采用平行走线方式，之间距离不大
于2mm；两根金属线布局走过的区域由低压地线进行隔离保护。

[0032] 本发明的优点是：本发明为提高全桥LLC电源模块的开关频率，采用LGA封装的GaN器件进行开关变换；为提高可靠性，采用双面布局结构对栅驱动、多管并联GaN器件和电压
母线进行布局优化，保证GaN器件工作在安全区域状态，从而实现高密度功率集成和高效
率，可以广泛应用于高密度电源模块中。

附图说明

[0033] 图1为本发明总体电路结构框图。

[0034] 图2为本发明GaN功率因数校正模块电路结构图；其中，U1-PFC控制器，U2-第一检测电路，U3-第一反馈电路。

[0035] 图3为本发明GaN全桥LLC变换器模块电路结构图；其中，U4-PWM控制器，U5-第二检测电路，U6-第二反馈电路。

[0036] 图4为本发明版图布局图；其中，1-输入高压区，2-PFC版图区，3-LLC版图区。

[0037] 图5为本发明PFC版图区的双面布局图；其中，21-输入高压直流母线DC；22-PFC输出电压区；23-PFC低压供电区。

[0038] 图6为本发明LLC版图区的双面布局图；其中31-LLC输入高压区；32-变压器区；33-LLC输出电压区；34-LLC低压供电区。

[0039] 图7为采用本发明PFC输出电压区的详细布局图。

[0040] 图8为采用本发明PFC输出电压区的一种实际布局图。

[0041] 图9为采用本发明LLC输入高压区的详细布局图。

[0042] 图10为采用本发明实现的一种PFC低压供电区的实际布局图。

具体实施方式

[0043] 下面结合附图和实例对本发明进行进一步详细的说明。

[0044] 图1为本发明高功率密度GaN全桥LLC电源模块框图，包括输入整流模块、GaN功率因数校正模块和GaN全桥LLC变换器模块；输入高压交流母线AC的输入进入输入整流模块，
得到输入高压直流母线DC；GaN功率因数校正模块将直流DC输入进行功率因数校正得到PFC
高压母线Vbus和PFC低压母线Vgnd；GaN全桥LLC变换器模块对PFC的输出进行DC/DC变换，得
到高质量的电源经输出高压母线Vout+和输出低压母线Vout-进行输出。其中所述的输入整
流模块内部包含常规的EMI滤波电路和全桥整流电路，采用现有通用电路即可实现。

[0045] 本发明提出的全桥LLC电源模块分为前端整流模块、中间级PFC变换器及后端隔离式全桥DC/DC变换器的三级结构。前端整流模块和PFC AC/DC变换器将电网的交流电转换为
直流电并实现功率因数校正，后端隔离式全桥DC/DC变换器可以实现智能供电输出。前端
PFC AC/DC变换器的性能直接影响输出电源的质量，因为电网侧输入电流含有多次谐波，导
致线路阻抗生成的压降含有谐波量。此外，谐波电流还会对电网负载造成不良的影响，使线
路和变压器过热，造成设备损坏。为了避免接入电网后对电网造成的不利影响，保证电网功
率因数为1，需要设计高性能的前端PFC AC/DC变换器，而且PFC AC/DC变换器的性能还直接
影响输出供电设备的寿命及效率。目前PFC技术主要分成无源PFC和有源PFC(APFC)两大类，
APFC电路的体积小、重量轻、电流谐波含量小、PF值高，是目前应用比较广泛的PFC技术，更
适合应用于体积小、PF值大、效率高的系统中，也是本发明的选择。

[0046] 图2为本发明GaN功率因数校正模块电路结构图，包括：电感L1、电感L2、PFC控制器U1、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、限流电阻RH、限
流电阻RL、输出二极管D1、输出二极管D2、输出电容C1、第一检测电路U2和第一反馈电路U3。

[0047] 所述GaN功率因数校正模块电路的连接关系如下：PFC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，PFC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；第一栅驱动电路H的输出端连接到限流电阻RH的左端，限流
电阻RH的右端连接到GaN功率开关MH的栅端，第二栅驱动电路L的输出端连接到限流电阻RL
的左端，限流电阻RL的右端连接到GaN功率开关ML的栅端；GaN功率开关MH的源端连接到电
感L1的右端VH和输出二极管D1的阳极，GaN功率开关MH的漏端为PFC低压母线Vgnd和GaN功
率开关ML的漏端，还连接到检测电路的第一输入端口和输出电容C1的下端；GaN功率开关ML
的源端连接到电感L2的右端VL和输出二极管D2的阳极；输出二极管D1和输出二极管D2的阴
极相连，连接PFC高压母线端Vbus、第一检测电路U2的第二输入端口和输出电容C1的上端；
输入高压直流母线DC连接到电感L1和电感L2的左端。

[0048] 第一检测电路U2输出的对GaN功率因数校正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第一反馈电路U3的输入端；第一反馈电路U3将GaN功率因数校
正模块的电压检测信号、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PFC控
制器U1。

[0049] 图2所示APFC结构为交错式PFC Boost变换器，由两个PFC Boost变换器并联构成，其中L1和L2、D1和D2及MH和ML的参数完全相同，正常工作时MH和ML相位上相差180°导通，实
现交错工作。假设变换器各元器件为理想元件，CCM模式下，由于开关管MH和ML各有导通和
关断两个状态，所以总共有四个工作模式。PFC变换器的输入电流是电感L1上的电流和电感
L2上的电流之和，因为两个电感电流是交错的，它们相加时电流纹波会相互抵消，总的输入
电流纹波减小，简化了EMI电路设计；每个电感上流过的电流是等功率的传统PFC Boost电
路的一半，因此可以减小两个电感的磁芯体积；输出电容的纹波电流为等功率的传统PFC 
Boost电路的一半，降低了电容的等效电阻造成的热损耗，提高了电容使用寿命，提高了系
统的可靠性。

[0050] 图3为本发明GaN全桥LLC变换器模块电路结构图，包括：PWM控制器U4、第三栅驱动电路H1、第四栅驱动电路L1、第五栅驱动电路H2、第六栅驱动电路L2、GaN功率开关MHo、GaN
功率开关MLo、分别连接在GaN功率开关MHo和GaN功率开关MLo栅端的限流电阻RH1和限流电
阻RL1，GaN功率开关MHc、GaN功率开关MLc、分别连接在GaN功率开关MHc和GaN功率开关MLc
栅端的限流电阻RH2和限流电阻RL2，谐振电容Cr、谐振电感Lr、变压器T、输出整流二极管
D3、输出整流二极管D4、第五输出整流二极管D32、输出整流二极管D42，输出电容Co和输出
电感Lo，以及第二检测电路U5和第二反馈电路U6。

[0051] 所述GaN全桥LLC变换器模块电路的连接关系如下：PWM控制器U4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，PWM控制器U4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；第三栅驱动电路H1的输出端连接到限流电阻RH1的左
端，限流电阻RH1的右端连接到GaN功率开关MHo的栅端，第四栅驱动电路L1的输出端连接到
限流电阻RL1的左端，限流电阻RL1的右端连接到GaN功率开关MLo的栅端；GaN功率开关MHo
的源端连接到PFC高压母线Vbus，GaN功率开关MHo的漏端为第一半桥输出FB1，第一半桥输
出FB1连接到GaN功率开关MLo的漏端和谐振电容Cr的左端，谐振电容Cr的右端连接谐振电
感Lr的左端，谐振电感Lr的右端连接变压器T输入高压端，GaN功率开关MLo的源端连接到
PFC低压母线Vgnd。

[0052] PWM控制器U4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，PWM控制器U4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；第五栅驱动电路
H2的输出端连接到限流电阻RH2的左端，限流电阻RH2的右端连接到GaN功率开关MHc的栅
端，第六栅驱动电路L2的输出端连接到限流电阻RL2的左端，限流电阻RL2的右端连接到GaN
功率开关MLc的栅端；GaN功率开关MHc的源端连接到PFC高压母线Vbus，GaN功率开关MHc的
漏端为第二半桥输出FB2，第二半桥输出FB2连接到GaN功率开关MLc的漏端连接变压器T输
入低压端；GaN功率开关MLc的源端连接到PFC低压母线Vgnd。

[0053] 变压器T的第一输出端与输出二极管D3的阳极以及输出二极管D32的阴极相连，变压器T的第四输出端与输出二极管D4的阳极以及输出二极管D42的阴极相连，变压器T的第
二和第三输出端同时连接到输出电容Co的下端、第二检测电路U5的第一输入端口和输出低
压母线端Vout-；输出二极管D3的阴极和输出二极管D4的阴极相连，并连接到输出电容Co的
上端和输出电感Lo的左端；输出电感Lo的右端为第二检测电路U5的第二输入端口和输出高
压母线端Vout+；输出二极管D32的阳极和输出二极管D42的阳极相连，同时连接到输出电容
Co的下端、第二检测电路U5的第一输入端口和输出低压母线端Vout-。全桥结构中，变压器4
个输出端口2个接二极管阳极，2个接二极管阴极即可。

[0054] 第二检测电路U5输出的对GaN全桥LLC变换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第二反馈电路U6的输入端；第二反馈电路U6将GaN全桥LLC变换
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处理为反馈信号，输出给PWM控
制器U4。

[0055] 图3所述的LLC全桥变换器通常要求具有高效率和高功率密度的技术要求，在选择相同耐压值开关管情形下，采用了隔离式全桥DC/DC变换器，实现功率输出最大，为实现ZVS
控制，开关拓扑应用软开关技术，且选用隔离型拓扑。全桥LLC谐振变换器比PWM型全桥更具
优势，LLC可实现全范围的软开关，且该功率等级范围内谐振元件的设计和选型采用常规设
计方法即可实现。

[0056] 图2和图3所述电路在实际应用中，所述第一栅驱动电路H和第二栅驱动电路L可以使用一个半桥驱动电路实现，因此栅驱动电路可以合并为一个；所述第三栅驱动电路H1和
第四栅驱动电路L1以及第五栅驱动电路H2和第六栅驱动电路L2也可以使用半桥驱动电路
实现，也可以合并为一个。

[0057] 同时现有的GaN器件的输出电流暂时还无法达到硅基器件的电流大小，为实现大电流输出能力，本发明所述的GaN功率开关MH、ML、MHo、MLo、MHc和MLc通常采用多个小电流
开关管并联来实现大电流输出。为实现最佳的开关频率，本发明所述的GaN功率开关MH、ML、
MHo、MLo、MHc和MLc采用LGA封装形式的HEMT器件，最大程度上减小寄生参数的影响。

[0058] 所述PWM控制器可以采用模拟线性电路或者DSP来实现，PWM控制器的版图面积和布局方式根据不同控制器类型会存在一定的区别。PWM控制器U4输出的第三脉宽信号PWH1
和第五脉宽信号PWH2可以为相同信号，PWM控制器输出的第四脉宽信号PWL1和第六脉宽信
号PWL2同样也可以为相同信号。

[0059] 本发明所述栅驱动电路采用现有的增强型GaN HEMT驱动芯片即可完成相关功能；所述检测电路采用现有开关电源常用的温度检测电路、电流检测电路和电压检测电路即可
实现；所述反馈电路采用光耦器件进行信号传输，再经电压积分电路处理即可实现。

[0060] 图4为本发明高功率密度GaN全桥LLC电源模块的布局图，包括输入高压区1、PFC版图区2、LLC版图区3、跨接在输入高压区1和PFC版图区2之间的输入高压直流母线DC版图区
21、跨接在PFC版图区2和LLC版图区3之间的PFC高压母线Vbus版图区和PFC低压母线Vgnd版
图区，以及LLC版图区内部的输出高压母线Vout+版图区和输出低压母线Vout-版图区提供
输出电源。所述输入整流模块实现为输入高压区1，一个实施例中，所述输入高压区1包括
EMI滤波电路版图区、全桥整流电路版图区、输入高压交流母线AC版图区、输入高压地线版
图区和第四散热器版图区。

[0061] 所述PFC版图区2和LLC版图区3均采用双面布局方式。输入高压区1和输入高压直流母线DC版图区21位于正面。

[0062] 图5为本发明PFC版图区的双面布局图，所述PFC版图区2包括PFC输出电压区22和PFC低压供电区23；所述PFC输出电压区22分布在正面，PFC低压供电区23分布在反面，正面
和反面之间的第一脉宽信号PWH、第二脉宽信号PWL，以及第一检测电路U2输出的对GaN功率
因数校正模块的电压检测信号、电流检测信号和温度检测信号f1-f3通过通孔连接信号。

[0063] 所述PFC输出电压区22内部包括第二散热器版图区、第一栅驱动电路H版图区、第二栅驱动电路L版图区、限流电阻RH版图区、限流电阻RL版图区、GaN功率开关MH版图区、GaN
功率开关ML版图区、输出二极管D1版图区、输出二极管D2版图区、电感L1版图区、电感L2版
图区、输出电容C1版图区、PFC高压母线Vbus版图区的一侧、PFC低压母线Vgnd版图区的一
侧、VH版图区、VL版图区和第一检测电路U2版图区；所述输入高压直流母线DC版图区21右侧
和PFC输出电压区22的左侧重合。所述低压供电区23内部包含PFC控制器版图区、反馈电路
版图区和PFC低压地线版图区。

[0064] 图6为本发明LLC版图区3的双面布局图，包括：LLC输入高压区31、变压器T版图区32、LLC输出电压区33和LLC低压供电区34，所述LLC输入高压区31、变压器区32、LLC输出电
压区33分布在电源模块的正面，所述LLC低压供电区34分布在反面，正面和反面之间的第三
脉宽信号PWH1、第四脉宽信号PWL1、第五脉宽信号PWH2和第六脉宽信号PWL2，以及第二检测
电路U5输出的对GaN全桥LLC变换器模块的电压检测信号、电流检测信号和温度检测信号
fo1-fo3通过通孔连接信号。

[0065] 所述LLC输入高压区31内部包括第三栅驱动电路H1版图区、第四栅驱动电路L1版图区、第五栅驱动电路H2版图区、第六栅驱动电路L2版图区、限流电阻RH1版图区、限流电阻
RL1版图区、限流电阻RH2版图区、限流电阻RL2版图区、GaN功率开关MHo版图区、GaN功率开
关MLo版图区、GaN功率开关MHc版图区、GaN功率开关MLc版图区、第三散热器版图区、谐振电
容Cr版图区、谐振电感Lr版图区、半桥输出版图区、PFC高压母线Vbus版图区的另一侧和PFC
低压母线Vgnd版图区的另一侧，所述第三散热器版图区、谐振电容Cr版图区、谐振电感Lr版
图区分布在半桥输出版图区的内部。

[0066] 所述LLC输出电压区33内部包括第一散热器版图区、输出二极管D3版图区、输出二极管D4版图区、输出二极管D32版图区、输出二极管D42版图区、输出电感Lo版图区、输出电
容Co版图区、第二检测电路U5版图区、输出高压母线Vout+版图区和输出低压母线Vout-版
图区。所述变压器T版图区32跨接在LLC输入高压区31和LLC输出电压区33之间，变压器T版
图区32左侧，即变压器输入端部分版图区，和半桥输出版图区的右侧重合；变压器T版图区
32右侧，即变压器输出端部分版图区，和第一散热器版图区的左侧重合。

[0067] 所述LLC低压供电区内部包含PWM控制器U4版图区、第二反馈电路U6版图区和LLC低压地线版图区。

[0068] 图7为本发明实施例中PFC输出电压区22的详细布局图，所述GaN功率开关MH和GaN功率开关ML均采用2个小电流HEMT器件并联来实现，即GaN功率开关MH由HEMT器件MH1和
HEMT器件MH2并联而成，GaN功率开关ML由HEMT器件ML1和HEMT器件ML2并联而成。

[0069] 所述VH版图区包含C型半包围结构，其包围的空间分布有通孔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MH1版图区和HEMT器件MH2版图区；所述
HEMT器件MH1版图区和HEMT器件MH2的版图区的左侧朝向限流电阻RH的右端PH。

[0070] 该VH版图区包含的C型半包围结构的两个端部均为直角三角形形状，2个三角形的斜边相对，分别连接HEMT器件MH1版图区源极和HEMT器件MH2版图区的源极；所述HEMT器件
MH1版图区和HEMT器件MH2版图区的漏极之间夹着低压母线Vgnd版图区的左上角，该左上角
形状为一个顶角朝左且为锐角的等腰三角形，并且等腰三角形内部存在一个通孔P_T1版图
区。上述VH版图区包含的C型半包围结构的最左侧连接电感L1版图区的右侧，最上侧连接到
输出二极管D1版图区的上端。

[0071] 所述限流电阻RH的右端PH到HEMT器件MH1的栅端的金属线和第一限流电阻RH的右端PH到HEMT器件MH2的栅端的金属线长度必须严格相等，并且两根金属线的长度均必须小
于5mm，同时之间的夹角必须小于120度。

[0072] 上述VH版图区包含的C型半包围结构内部全部为金属层覆盖，并且包含通孔P_H1版图区和通孔P_H2版图区。

[0073] 所述VL版图区同样包含C型半包围结构，其包围的空间分布有通孔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ML1版图区和HEMT器件ML2版图区；
所述HEMT器件ML1版图区和HEMT器件ML2的版图区的左侧，朝向限流电阻RL的右端PL。

[0074] 该VL版图区包含的C型半包围结构的两个端部均为直角三角形形状，2个三角形的斜边相对，分别连接HEMT器件ML1版图区和HEMT器件ML2版图区的源极；所述HEMT器件ML1版
图区和HEMT器件ML2版图区的漏极之间夹着低压母线Vgnd版图区的左下角，该左下角形状
为一个顶角朝左且为锐角的等腰三角形，并且等腰三角形内部存在一个通孔P_T2版图区。
上述VL版图区包含的C型半包围结构的最左侧连接电感L2版图区的右侧，最下侧连接到输
出二极管D2版图区的下端。

[0075] 所述限流电阻RL的右端PL到HEMT器件ML1的栅端的金属线和限流电阻RL的右端PL到HEMT器件ML2的栅端的金属线长度必须严格相等，并且两根金属线的长度均必须小于
5mm，同时之间的夹角必须小于120度。

[0076] 上述VL版图区包含的C型半包围结构内部全部为金属层覆盖，并且包含通孔P_L1版图区和通孔P_L2版图区。

[0077] 第二电感L2版图区的左侧和第一电感L1版图区的左侧均连接到输入高压直流母线DC版图区右侧；PFC低压母线Vgnd版图区的右侧包含一个通孔P_T3版图区，用于连接输出
电容C1版图区的左侧，PFC高压母线Vbus版图区的左侧连接输出电容C1版图区的右侧；输出
二极管D1版图区的下端和输出二极管D2版图区的上端均连接到PFC高压母线Vbus版图区；
PFC高压母线Vbus版图区的右侧为第一检测电路U2版图区。

[0078] 图8为本发明实施例中PFC输出电压区22的一种实际布局图，完全按照图7所示的布局方式进行器件布局。HEMT器件ML1版图区和HEMT器件ML2版图区的源极和VL的连接采用
直角三角形斜边接触方式，是为了适应电流走向。采用LGA封装的HEMT器件，其源端和漏端
均采用多叉指并联结构，而VL的主要电流在HEMT器件ML1版图区和HEMT器件ML2版图区的左
侧汇聚流通，因此靠近HEMT器件ML1版图区左侧部分汇聚的电流比HEMT器件ML1版图区右侧
部分的电流要大，所以采用直角三角形斜边的方式进行连接，靠近HEMT器件ML1版图区左侧
部分为斜边的底部，靠近HEMT器件ML1版图区右侧部分为斜边的顶部。HEMT器件ML1版图区
和HEMT器件ML2版图区的漏极和PFC低压母线Vgnd的连接则采用相反方向的直角三角形斜
边接触方式。限流电阻RL的右端PL到HEMT器件ML1的栅端的金属线和限流电阻RL的右端PL
到HEMT器件ML2的栅端的金属线长度必须严格相等。限流电阻RH的右端PH到HEMT器件MH1的
栅端的金属线和限流电阻RH的右端PH到HEMT器件MH2的栅端的金属线长度必须严格相等。
图8中的每个金属通孔区域内，具体通孔的位置和通孔数目多少，可根据不同的功率等级和
需求，进行差异化设计。图8中灰色区域全部为金属层填充区域。黑色粗线为辅助理解所加
的区域分割线。

[0079] 图9为本发明实施例中LLC输入高压区31的详细布局图，GaN功率开关MHo和GaN功率开关MLo均采用2个小电流HEMT器件并联来实现，即GaN功率开关MHo由HEMT器件MHo1和
HEMT器件MHo2并联而成，GaN功率开关MLo由HEMT器件MLo1和HEMT器件MLo2并联而成。同样
的，GaN功率开关MHc和GaN功率开关MLc也都是采用2个小电流HEMT器件并联来实现，即GaN
功率开关MHc由HEMT器件MHc1和HEMT器件MHc2并联而成，GaN功率开关MLc由HEMT器件MLc1
和HEMT器件MLc2并联而成。

[0080] 位于LLC输入高压区31中的PFC高压母线Vbus版图区部分也采用C型半包围结构，由于LLC输入高压区31包括4个GaN功率开关，因此PFC高压母线Vbus版图区的C型半包围结
构有两个。第一个C型半包围结构，其包围的空间分布有通孔P_PWH1版图区、第三栅驱动电
路H1版图区、限流电阻RH1版图区、HEMT器件MHo1版图区、HEMT器件MHo2版图区。第二个C型
半包围结构，其包围的空间分布有通孔P_PWH2版图区、第四栅驱动电路H2图区、限流电阻
RH2版图区、HEMT器件MHc1版图区、HEMT器件MHc2版图区。该C型半包围结构与图8一致。

[0081] HEMT器件MHo1版图区和HEMT器件MHo2的版图区的左侧，即栅端位置朝向限流电阻RH1的右端PH1，限流电阻RH1的右端PH1到HEMT器件MHo1的栅端的金属线和限流电阻RH1的
右端PH1到HEMT器件MHo2的栅端的金属线长度必须严格相等，并且两根金属线的长度均必
须小于5mm，同时之间的夹角必须小于120度。

[0082] HEMT器件MHc1版图区和HEMT器件MHc2的版图区的左侧，即栅端位置朝向限流电阻RH2的右端PH2，限流电阻RH2的右端PH2到HEMT器件MHc1的栅端的金属线和限流电阻RH2的
右端PH2到HEMT器件MHc2的栅端的金属线长度必须严格相等，并且两根金属线的长度均必
须小于5mm，同时之间的夹角必须小于120度。

[0083] 所述PFC高压母线Vbus版图区内部全部为金属层覆盖，并且包含：通孔P_H11版图区、通孔P_H12版图区、通孔P_H21版图区、通孔P_H22版图区、通孔P_Vb1版图区和通孔P_Vb2
版图区；HEMT器件MHo1版图区和HEMT器件MHo2版图区的漏极之间为第一半桥输出FB1版图
区的左下角，其形状为等腰三角形，三角形的两个腰的夹角为锐角，并且等腰三角形内部存
在一个通孔P_To2版图区；HEMT器件MHc1版图区和HEMT器件MHc2版图区的漏极之间为第二
半桥输出FB2版图区的左上角，其形状为等腰三角形，三角形的两个腰的夹角为锐角，并且
等腰三角形内部存在一个通孔P_Tc1版图区。

[0084] 位于LLC输入高压区31中的PFC低压母线Vgnd版图区部分包括同样的2个C型半包围结构。第一个C型半包围结构，其包围的空间分布有通孔P_PWL1版图区、第四栅驱动电路
L1版图区、限流电阻RL1版图区、HEMT器件MLo1版图区、HEMT器件MLo2版图区。第二个C型半
包围结构，其包围的空间分布有通孔P_PWL2版图区、第六栅驱动电路L2版图区、限流电阻
RL2版图区、HEMT器件MLc1版图区和HEMT器件MLc2版图区。

[0085] 所述HEMT器件MLo1版图区和HEMT器件MLo2的版图区的左侧，即栅端位置朝向限流电阻RL1的右端PL1，限流电阻RL1的右端PL1到HEMT器件MLo1的栅端的金属线和限流电阻
RL1的右端PL1到HEMT器件MLo2的栅端的金属线长度必须严格相等，并且两根金属线的长度
均必须小于5mm，同时之间的夹角必须小于120度。

[0086] 所述HEMT器件MLc1版图区和HEMT器件MLc2的版图区的左侧，即栅端位置朝向限流电阻RL2的右端PL2，限流电阻RL2的右端PL2到HEMT器件MLc1的栅端的金属线和限流电阻
RL2的右端PL2到HEMT器件MLc2的栅端的金属线长度必须严格相等，并且两根金属线的长度
均必须小于5mm，同时之间的夹角必须小于120度。

[0087] 所述PFC低压母线Vgnd版图区内部全部为金属层覆盖，并且包含：通孔P_L11版图区、通孔P_L12版图区、通孔P_L21版图区、通孔P_L22版图区。HEMT器件MLo1版图区和HEMT器
件MLo2版图区的漏极之间为第一半桥输出FB1版图区的左上角，其形状为等腰三角形，三角
形的两个腰的夹角为锐角，并且等腰三角形内部存在一个通孔P_To1版图区。HEMT器件MLc1
版图区和HEMT器件MLc2版图区的漏极之间为第二半桥输出FB2版图区的左下角，其形状为
等腰三角形，三角形的两个腰的夹角为锐角，并且等腰三角形内部存在一个通孔P_Tc2版图
区。第一半桥输出FB1版图区的右侧包含一个通孔P_To3版图区，用于连接变压器T版图区的
左侧；第二半桥输出FB2版图区的右侧包含一个通孔P_Tc3版图区，用于连接变压器T版图区
32的左侧。

[0088] 图10为采用本发明实施例的一种PFC低压供电区23的实际布局图，包含PFC控制器U1版图区、第一反馈电路U3版图区和低压地线23-1版图区。第一脉宽信号PWH、第二脉宽信
号PWL、信号f1、f2、f3通过通孔连接信号。第一脉宽信号PWH和第二脉宽信号PWL为PFC控制
器U1输出到栅驱动器的低压脉宽信号，因此第一脉宽信号PWH和第二脉宽信号PWL布线必须
特别注意，首先负责传输第一脉宽信号PWH和第二脉宽信号PWL的两根金属线长度、宽度和
厚度都必须严格相等；其次两根金属线必须采用平行走线方式，相互之间垂直距离不大于
2mm；此外两根金属线布局走过的区域必须由低压地线金属区域进行隔离保护。图10中的灰
色区域同样全部是金属层填充区域。黑色粗线为辅助理解所加的区域分割线。

[0089] 本发明所述LLC低压供电区34的版图布局采用和PFC低压供电区23一样的方式，其中的第四脉宽信号PWL1和第三脉宽信号PWH1布线，以及第五脉宽信号PWH2和第六脉宽信号
PWL2的布线必须特别注意，采用与第一脉宽信号PWH和第二脉宽信号PWL布线相同的措施。