當前氮化鎵（GaN）功率器件普遍采用分立封裝形式，其單管電流等級受限于材料特性和封裝工藝，難以滿足大功率電力電子變換系統日益增長的高功率密度需求。在現有技術中，通常通過鍵合線并聯多顆氮化鎵功率芯片構成功率模塊，并將功率端子與柵極驅動回路延伸至模塊外部以實現系統集成。

◎然而，這種封裝方案存在顯著缺陷：一方面，鍵合線并聯結構和外置驅動回路不可避免地引入較大的功率回路寄生電感和柵極回路寄生電感；

◎另一方面，氮化鎵器件相較于傳統硅基器件具有更高的開關速度，其對寄生電感的敏感度呈指數級上升。當寄生電感與高頻開關動作耦合時，將引發(fā)嚴重的開關振蕩、電壓過沖、開關損耗增加、并聯芯片間電流分配不均及柵極串擾等連鎖問題，這些現象不僅會加速器件老化、降低系統可靠性，更嚴重制約了氮化鎵器件高頻、低損耗、高功率密度等核心優(yōu)勢的充分發(fā)揮，成為阻礙其在大功率應用領域規(guī)模化推廣的關鍵技術瓶頸。

此前，NE時代就有寫過氮化鎵加速上車的文章，并簡單探討了一下主驅氮化鎵和電源氮化鎵的應用趨勢。本期內容就聯合電子的【集成驅動電路的多芯片并聯氮化鎵功率模塊】這項專利，一起來看看其具體的解決方案！

聯合電子多芯片并聯氮化鎵功率模塊

聯合電子的這項專利內容提供了一種多芯片并聯氮化鎵功率模塊設計，其核心目標是在提升模塊電流等級（增大功率處理能力）的同時，能有效抑制因高速開關和寄生電感引起的各種開關問題如振蕩、過沖、損耗、不均流、串擾，從而充分發(fā)揮GaN器件的性能優(yōu)勢。

具體來說，該模塊采用的是一個單相半橋結構，由上下兩個開關單元組成，每個開關單元中都并聯了多個氮化鎵功率芯片，上橋臂的芯片漏極連接在一起作為正極端子（DC+），下橋臂的芯片源極連接在一起作為負極端子（DC-），而上橋臂芯片的源極與下橋臂芯片的漏極連接點則引出為交流輸出端子（AC），從而構成了標準的半橋拓撲結構，能夠實現高效的交直流電能轉換。

為了提升模塊的穩(wěn)定性和可靠性，每個氮化鎵芯片還單獨引出了柵極和源極，分別與獨立的開關驅動單元連接，這樣可以對每個芯片進行精確控制。驅動單元包括驅動芯片和驅動電阻，其功能是將外部輸入的PWM（脈寬調制）信號轉化為適合驅動氮化鎵芯片工作的電壓信號，并通過供電端（VCC）、接地端（GND）、控制端（PWM）、柵極接口（G）和源極接口（S）形成完整的驅動回路，確保芯片快速且穩(wěn)定地導通或關斷。

為了抑制高頻開關過程中可能產生的電壓尖峰和震蕩，模塊還配備了緩沖吸收單元：上橋臂和下橋臂各自并聯了一個由緩沖電阻和緩沖電容組成的串聯網絡，一端接至各自的功率端子，另一端接到交流輸出端子，起到吸收開關過沖的作用；同時，在正極與負極之間還設有去耦電容，用于進一步穩(wěn)定電壓、減少開關噪聲。

此外，驅動單元還集成了有源米勒鉗位電路，這是為了解決氮化鎵芯片在高速開關時因米勒效應引起的串擾問題。米勒效應是指在開關瞬間，芯片內部寄生電容會引起柵極電壓波動，可能導致誤觸發(fā)或震蕩。有源米勒鉗位電路通過一個晶體管和其柵極上的鉗位電阻構成，晶體管的漏極連接到芯片的柵極，源極接地，柵極接入一個專門的鉗位控制信號。當檢測到可能發(fā)生電壓擾動時，控制信號讓晶體管導通，將柵極電壓主動拉低，防止異常導通，從而有效抑制開關過程中的串擾和不穩(wěn)定現象。

整體來看，這項設計通過多芯片并聯提高電流承載能力，通過雙面印刷電路板布局縮短連接路徑、降低寄生電感，再結合專用驅動電路和有源鉗位技術，實現了氮化鎵功率模塊在高頻、高功率場景下的高性能運行，特別適用于高頻高效能的電源系統場景。

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