GaNHEMT低功耗模块的制作方法

gan hemt低功耗模块
技术领域
1.本实用新型涉及半导体器件，尤其涉及gan hemt低功耗模块。


背景技术：

2.太阳能光伏电池（简称光伏电池）用于把太阳的光能直接转化为电能，地面光伏系统大量使用的是以硅为基底的硅太阳能电池，而光伏板则是由一系列光伏电池串联而成。在实际应用中，当一个光伏电池被遮蔽后，相邻光伏电池电流产生的压差会使被遮蔽的电池承受的反向电压增大，可能瞬间超过其反向击穿电压，并引起器件热击穿现象。传统的改善方法是将一个旁路肖特基二极管并联在一组光伏电池上，给电池提供了电流的旁路通道，保护了光伏板。
3.过去光伏电池晶圆的上限是210mm，现在突破到了300mm。其中210mm晶圆通流约为16a，300mm晶圆通流约为30a，如此大的电流使得肖特基二极管的正向压降达到600mv，相应的功耗到达18w（p=v*i），在实际应用中是不可接受的，因此光伏市场迫切需求开发一种新型低功耗的器件来替代此光伏旁路肖特基二极管。


技术实现要素：

4.本实用新型针对以上问题，提供了一种结构紧凑、降低器件损耗，减少器件散热的gan hemt低功耗模块。
5.本实用新型的技术方案是： gan hemt低功耗模块，包括：
6.框架本体；
7.e-gan hemt，所述e-gan hemt固定设置在框架上，其漏极连接在框架本体上，其两源极分别与相应的引脚连接；
8.gan sbd，所述gan sbd固定设置在框架上，其阳极端连接到框架本体上，阴极端连接到e-gan hemt的源极实现与e-gan hemt并联；
9.监控器一，所述监控器一固定设置在框架上，其两监控端分别连接gan sbd的两端，监测gan sbd和e-gan hemt并联回路的电压；
10.电容，所述电容固定设置在框架上，将所述电容的高压端通过铝线连接到电荷泵的输出端，电容的低压端连接到框架本体上；
11.监控器二，所述监控器二固定设置在框架上，其两监控端分别连接到电容上；
12.监控器三，所述监控器三固定设置在框架上，其两监控端分别连接到e-gan hemt的漏极和源极端，监测gan sbd和e-gan hemt并联回路的极性调节；
13.和缓冲驱动器，所述缓冲驱动器固定设置在框架上，其输入端分别与监控器二和监控器三的输出信号端连接，缓冲驱动器的输出端与e-gan hemt的栅极连接。
14.具体的，所述框架本体的型号为to247-plus。
15.具体的，所述监控器一与电容之间设有电性连接的电荷泵。
16.具体的，所述监控器一的型号为max213lcsf。
17.本实用新型利用e-gan hemt沟道开启时导通电阻很小的特性制作了低功耗器件，与传统的光伏旁路肖特基二极管相比，其功耗减少70-95％，实现大电流在器件上通过。本案将相应器件封入to247-plus产品中，相对传统to247封装，此封装没有上面的螺旋孔，拥有更大的框架pad面积用于合封，并且散热更好。
附图说明
18.图1是本实用新型的电路原理图，
19.图2是本实用新型产品立体结构示意图；
20.图中100是框架本体，200是e-gan hemt，300是gan sbd，400是监控器一，500是电容，600是监控器二，700是监控器三，800是缓冲驱动器，900是电荷泵。
具体实施方式
21.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
22.本实用新型如图1-2所示；
23.gan hemt低功耗模块，包括：
24.框架本体100；
25.e-gan hemt200（增强型氮化镓高电子迁移率晶体管），所述e-gan hemt200固定设置在框架上，其漏极通过铝线连接在框架本体100上（接地），其两源极分别通过铝线与相应的引脚连接；e-gan hemt200作为主要的通流器件，接收缓冲驱动器800提供的驱动电压开启沟道，实现器件低功率而使产品维持在较低温度能够持续工作。
26.gan sbd300（氮化镓肖特基），所述gan sbd300固定设置在框架上，其阳极端通过铝线连接到框架本体100上（接地），阴极端通过铝线连接到e-gan hemt200的源极实现与e-gan hemt200并联；gan sbd300为电容500充电时通流的器件，由于不可避免的电容500损失，电容500上的电荷必须被阶段性的充电，但是e-gan hemt200并没有寄生二极管，在没有栅极驱动电压时无法导通，因此并联一个gan sbd300，在器件充电时，电流通过gan sbd300。
27.监控器一400，所述监控器一400固定设置在框架上，其两监控端分别通过铝线连接gan sbd300的两端，监测gan sbd300和e-gan hemt200并联回路的电压；
28.监控器一400用于监控e-gan hemt200和gan sbd300哪个导通的作用，若检测到电压值高于设置的v1值时（v1值大于e-gan hemt200导通时漏源电压差，小于氮化镓肖特基二极管正向压降vf），此时e-gan hemt200未导通，gan sbd300导通，此时监控器一400导通。若检测到电压值低于v1时，则e-gan hemt200导通，监控器1会保持断开状态。
29.电容500，所述电容500固定设置在框架上，将所述电容500的高压端通过铝线连接到电荷泵900的输出端，电容500的低压端通过铝线连接到框架本体100上（接地）；电容500器是储存电量和电能（电势能）的元件，不断的向缓冲驱动器800放电，在电荷较少时则由电荷泵900不断充电，周期性工作。
30.监控器二600，所述监控器二600固定设置在框架上，其两监控端分别通过铝线连接到电容500上；
31.监控器二600用来监控电容500两端的电压，当检测到电容500的电压到达某一设定数值v2（此时电容500电荷趋于饱和）后监控器二600开始导通，此时电容500开始放电；当电容500电位低于某一数值v3时（电容500电荷量较低，达到某阈值），监控器二600停止导通，此时电容500不再放电，等待电荷泵900再次充电。
32.监控器三700，所述监控器三700固定设置在框架上，其两监控端通过铝线分别连接到e-gan hemt200的漏极和源极端，监测gan sbd300和e-gan hemt200并联回路的极性调节；用来监控gan hemt的极性，只有当这一组光伏电源被遮蔽时，才会给缓冲驱动器800发出开通信号。
33.和缓冲驱动器800，所述缓冲驱动器800固定设置在框架上，其输入端通过铝线分别与监控器二600和监控器三700的输出信号端连接，缓冲驱动器800的输出端通过铝线与e-gan hemt200的栅极连接。同时接收到控制器二和控制器三的开通信号后才会工作，并输出电压驱动e-gan hemt200的栅极。
34.进一步有限定，所述框架本体100的型号为to247-plus。
35.进一步有限定，所述监控器一400与电容500之间设有电性连接的电荷泵900。电荷泵900是一种直流-直流转换器，通过先贮存能量，然后以受控方式释放能量，以获得所需的输出电压，多半用来产生比输入电压大的输出电压。电荷泵900在接受到监控器1的导通信号后会给电容500持续充电直至饱和。
36.进一步有限定，所述监控器一400的型号为max213lcsf。
37.本案工作原理为：
38.状态一，器件不工作过程：在正常的光伏电池板工作过程中，e-gan hemt200的漏源电位为负，e-gan hemt200处于截止状态，相关的驱动电路也不工作，gan sbd300也未工作。
39.状态二，器件充电过程：若与e-gan hemt200相连的电池板部分被遮蔽，e-gan hemt200的漏源电压正向，光伏电流由gan sbd300阳极流向阴极，此时监控器一400检测到gan sbd300和e-gan hemt200并联回路的电压高于设定值v1，表面此时gan sbd300导通，因此监控器一400导通并向电荷泵900传输开启信号，电荷泵900接受到信号后开始给电容500充电，电容500电荷不断增加，当监控器二600检测到电容500电位高于v2后，就导通并向缓冲驱动器800发出开启信号。在e-gan hemt200漏源电压正向时，监控器三700向缓冲驱动器800发出开启信号，缓冲驱动器800同时接收到监控器二600和监控器三700的信号后会开始工作，并驱动e-gan hemt200的栅极，栅极接收到缓冲驱动器800的驱动电压后漏源开始导通，将漏源电位差限制在几个毫伏以内。
40.状态三，器件放电过程：e-gan hemt200导通后，gan sbd300停止工作，监控器一400检测到gan sbd300和e-gan hemt200并联回路的电压低于设定值v1，因此停止工作，电荷泵900接收不到电荷泵900信号停止给电容500充电，电容500持续放电，直至电容500电位低于v3后被监控器二600监控到，监控器二600停止向缓冲驱动器800传输开启信号。然后e-gan hemt200停止工作，光伏电流由gan sbd300阳极流向阴极。此时回到器件的充电过程，充电与放电周期性循环。
41.因为器件放电过程中光伏电流通过e-gan hemt200漏源沟道，漏源电位差很低，损耗相对充电过程很小，因此要求器件的充电过程占比很低，比如充电时间占一个周期时间10％，这样才能降低器件损耗，并且减少器件散热，不至因器件温度太高而无法正常工作。
42.对于本案所公开的内容，还有以下几点需要说明：
43.（1）、本案所公开的实施例附图只涉及到与本案所公开实施例所涉及到的结构，其他结构可参考通常设计；
44.（2）、在不冲突的情况下，本案所公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例；
45.以上，仅为本案所公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本案所公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.gan hemt低功耗模块，其特征在于，包括：框架本体；e-gan hemt，所述e-gan hemt固定设置在框架上，其漏极连接在框架本体上，其两源极分别与相应的引脚连接；gan sbd，所述gan sbd固定设置在框架上，其阳极端连接到框架本体上，阴极端连接到e-gan hemt的源极实现与e-gan hemt并联；监控器一，所述监控器一固定设置在框架上，其两监控端分别连接gan sbd的两端，监测gan sbd和e-gan hemt并联回路的电压；电容，所述电容固定设置在框架上，将所述电容的高压端通过铝线连接到电荷泵的输出端，电容的低压端连接到框架本体上；监控器二，所述监控器二固定设置在框架上，其两监控端分别连接到电容上；监控器三，所述监控器三固定设置在框架上，其两监控端分别连接到e-gan hemt的漏极和源极端，监测gan sbd和e-gan hemt并联回路的极性调节；和缓冲驱动器，所述缓冲驱动器固定设置在框架上，其输入端分别与监控器二和监控器三的输出信号端连接，缓冲驱动器的输出端与e-gan hemt的栅极连接。2.根据权利要求1所述的gan hemt低功耗模块，其特征在于，所述框架本体的型号为to247-plus。3.根据权利要求1所述的gan hemt低功耗模块，其特征在于，所述监控器一与电容之间设有电性连接的电荷泵。4.根据权利要求1所述的gan hemt低功耗模块，其特征在于，所述监控器一的型号为max213lcsf。

技术总结
GaN HEMT低功耗模块。涉及半导体器件。包括：框架本体；e-GaN HEMT，所述e-GaN HEMT固定设置在框架上，其漏极连接在框架本体上，其两源极分别与相应的引脚连接；GaN SBD，所述GaN SBD固定设置在框架上，其阳极端连接到框架本体上，阴极端连接到e-GaN HEMT的源极实现与e-GaN HEMT并联；监控器一，所述监控器一固定设置在框架上，其两监控端分别连接GaN SBD的两端，监测GaN SBD和e-GaN HEMT并联回路的电压；电容，所述电容固定设置在框架上，将所述电容的高压端通过铝线连接到电荷泵的输出端，电容的低压端连接到框架本体上；本实用新型拥有更大的框架PAD面积用于合封，并且散热更好。并且散热更好。并且散热更好。


技术研发人员：傅信强 郑忠庆 王毅
受保护的技术使用者：扬州扬杰电子科技股份有限公司
技术研发日：2022.09.28
技术公布日：2023/1/6