CN107024957A - 用于电流/功率平衡的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于电流/功率平衡的方法和装置。本公开的多个方面提供了一种功率电路，该功率电路包括与第二开关电路并联的第一开关电路。第一开关电路和第二开关电路经由多个互连件耦合到第一驱动结点、第二驱动结点、源极结点和漏极结点。功率电路接收第一驱动结点和第二驱动结点之间的控制信号以控制经过第一开关电路和第二开关电路从漏极结点流到源极结点的电流。在功率电路中，多个互连件的第一互连件和第二互连件感应耦合以平衡流过第一开关电路和第二开关电路的电流。

Description

用于电流/功率平衡的方法和装置
相关申请的交叉引用
本申请是2015年5月28日提交的美国专利申请14/724,408，“Method andApparatus for Current/Power Balancing(用于电流/功率平衡的方法和装置)”的部分继续(CIP)申请。上述申请的整体公开通过整体引用结合在本文之中。
背景技术
本文提供的背景描述出于一般地展示本公开的上下文的目的。目前指名的发明者的工作，到在本背景部分中所描述的工作，以及在提交时其他方式不能作为现有技术的描述的方面，既不是明确地也不是隐含地被承认作为针对本公开的现有技术。
功率模块可以使用并联功率部件增加功率容量。对于并联功率部件，在功率部件之中均衡电流/功率提供多种好处，诸如提高部件利用率、节约成本、提高系统稳定性。在一种示例中，为了在并联功率部件之中均衡电流/功率，美国专利申请公开出版物2012/0235663公开了提供相应的栅极驱动信号以驱动并联功率部件的驱动电路。
发明内容
本公开的多个方面提供了功率电路，其包括与第二开关电路并联的第一开关电路。第一开关电路和第二开关电路经由多个互连件耦合到第一驱动结点、第二驱动结点、源极结点和漏极结点。功率电路接收第一驱动结点和第二驱动结点之间的控制信号以控制通过第一开关电路和第二开关电路从漏极结点流到源极结点的电流。在功率电路中，多个互连件的第一互连件和第二互连件感应耦合以平衡流过第一开关电路与第二开关电路的电流。
根据本公开的一个方面，第一互连件在将第一开关电路互连到第一驱动结点、第二驱动结点、源极结点和漏极结点的多个第一互连件之中，并且第二互连件在将第二开关电路互连到第一驱动结点、第二驱动结点、源极结点和漏极结点的多个第二互连件之中。
在一种实施例中，第一互连件具有到第二互连件的对应的第三互连件，并且由第一互连件和第三互连件引入的寄生电感处于直接耦合状态。第二互连件具有到第一互连件的对应的第四互连件，并且第三互连件和第四互连件是感应耦合的。
在一种示例中，第一互连件将第一开关电路的栅极端子互连到第一驱动结点，并且第二互连件将第二开关电路的漏极端子互连到漏极结点。
在另一种示例中，第一互连件将第一开关电路的栅极端子互连到第一驱动结点，并且第二互连件将第二开关电路的源极端子互连到源极结点。
在另一种示例中，第一互连件将第一开关电路的源极端子互连到第二驱动结点，并且第二互连件将第二开关电路的漏极端子互连到漏极结点。
在另一种示例中，第一互连件将第一开关电路的源极端子互连到第二驱动结点，并且第二互连件将第二开关电路的源极端子互连到源极结点。
根据本公开的另一个方面，第一互连件和第二互连件在将第一开关电路互连到第一驱动结点、第二驱动结点、源极结点和漏极结点的多个互连件之中。由第一互连件和第二互连件引入的寄生电感处于反向耦合状态。
在一种示例中，第一互连件将第一开关电路的栅极端子互连到第一驱动结点，并且第二互连件将第一开关电路的漏极端子互连到漏极结点。
在另一种示例中，第一互连件将第一开关电路的栅极端子互连到第一驱动结点，并且第二互连件将第一开关电路的源极端子互连到源极结点。
在另一种示例中，第一互连件将第一开关电路的源极端子互连到第二驱动结点，并且第二互连件将第一开关电路的漏极端子互连到漏极结点。
在另一种示例中，第一互连件将第一开关电路的源极端子互连到第二驱动结点，并且第二互连件将第一开关电路的源极端子互连到源极结点。
根据本公开的一个方面，第一互连件和第二互连件感应耦合以平衡当第一开关电路和第二开关电路被接通/关断时流过第一开关电路和第二开关电路的瞬态电流。在一种示例中，第一开关电路包括第一SiC金属氧化物半导体场效应晶体管并且第二开关电路包括第二SiC金属氧化物半导体场效应晶体管。
在一种实施例中，第一开关电路在第一管芯(die)上并且第二开关电路在第二管芯上。第一管芯和第二管芯面对面组装在封装中。
本公开的多个方面提供了具有功率电路的装置。功率电路包括与第二开关电路并联的第一开关电路。第一开关电路和第二开关电路经由多个互连件耦合到第一驱动结点、第二驱动结点、源极结点和漏极结点。功率电路接收第一驱动结点和第二驱动结点之间的控制信号以控制通过第一开关电路和第二开关电路从漏极结点流到源极结点的电流。在功率电路中，多个互连件的第一互连件和第二互连件感应耦合以平衡流过第一开关电路和第二开关电路的电流。
本公开的多个方面提供了一种方法，该方法包括在功率电路中并联安置第一开关电路和第二开关电路，并且将第一开关电路和第二开关电路经由多个互连件耦合到功率电路的第一驱动结点、第二驱动结点、源极结点和漏极结点。功率电路接收施加在第一驱动结点和第二驱动结点之间的控制信号以控制从漏极结点流到源极结点的电流。然后，方法包括感应耦合多个互连件中的第一互连件和第二互连件以平衡流过第一开关电路和第二开关电路的电流。
附图说明
将参考附图详细描述作为示例提出的本公开的多种实施例，其中相似的附图标记参考相似的元件，以及其中：
图1示出根据本公开的实施例的系统100的简图；
图2示出根据本公开的实施例的功率模块210的分解图；
图3示出概述根据本公开的实施例的过程示例的流程图；
图4和图5示出根据本公开的实施例的仿真结果的绘图；
图6示出根据本公开的实施例的功率模块610的简图；
图7示出根据本公开的实施例的功率模块710的简图；
图8A示出用于仿真的功率模块610的简图；
图8B示出图8A中功率模块610的仿真结果的绘图；
图9A示出用于仿真的功率模块710的简图；
图9B示出图9A中功率模块710的仿真结果的绘图；
图10示出根据本公开的实施例的功率模块1010的简图；以及
图11A-11B示出根据本公开的实施例的仿真结果的绘图。
具体实施方式
图1示出根据本公开的实施例的系统100的简图。系统100包括使用互感耦合以平衡并联部件中的电流和/或功率的功率模块110。
系统100能够是要求相对大的功率的任何合适的系统，诸如混合动力车辆、电动车辆、风能系统、印刷系统和类似物。在操作期间，在一种示例中，功率模块110需要提供相对大的电流，诸如安培量级的以及类似的。在一种实施例中，功率模块110被配置为使用并联部件以分担相对大的电流负载。
在一种实施例中，功率模块110包括功率转换器电路(诸如，直流到交流逆变器、交流到直流整流器和类似物)，并且使用半导体切换设备(switching device)实现。半导体切换设备形成多个可切换的电流路径以分担电流负载。根据本公开的一个方面，由于制造过程，半导体切换设备可以具有广泛的参数变化，诸如阈值电压(Vth)变化、导通电阻Rds(on)变化和类似物。参数变化能够在多个可切换电流路径上引起不平衡电流/功率。根据本公开的一个方面，互感耦合用于在多个可切换电流路径之中提高电流/功率平衡。
在图1示例中，功率模块110具有一个或多个控制结点NODE_C1-NODE_C2、第一功率结点NODE_P和第二功率结点NODE_G。进一步地，功率模块110包括多个开关模块，诸如第一开关模块120、第二开关模块130和类似的开关模块。开关模块使用互连件部件(诸如，焊线(wirebond)、母线(busbar)和类似物)并联地耦合到控制结点和功率结点。开关模块被配置为基于在控制结点NODE_C1-NODE_C2处所接收的控制信号而接通/关断第一功率结点NODE_P和第二功率结点NODE_G之间的电流路径。在一种示例中，控制结点NODE_C1-NODE_C2耦合在一起以接收相同的控制信号。在另一种示例中，控制结点NODE_C1-NODE_C2是分开的结点以接收不同的控制信号。
每一个开关模块能够包括一个或多个晶体管。当在开关模块中使用若干个晶体管时，能够用各种拓扑布置若干个晶体管以用作开关。
特别地，在图1示例中，第一开关模块120包括第一晶体管Q1，并且第二开关模块130包括第二晶体管Q2。第一晶体管Q1和第二晶体管Q2能够是任何合适的晶体管，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和类似物。在一种示例中，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2是由于制造过程而可以具有相对广泛的参数变化的SiC MOSFET晶体管。
进一步地，在图1示例中，第一晶体管Q1具有栅极端子G1、源极端子S1和漏极端子D1。栅极端子G1经由互连件部件121耦合到第一控制结点NODE_C1，漏极端子D1经由互连件部件123耦合到第一功率结点NODE_P，并且源极端子S1经由互连件部件122耦合到第二功率结点NODE_G。类似地，第二晶体管Q2具有栅极端子G2、源极端子S2和漏极端子D2。栅极端子G2经由互连件部件131耦合到第二控制结点NODE_C2，漏极端子D2经由互连件部件133耦合到第一功率结点NODE_P，并且源极端子S2经由互连件部件132耦合到第二功率结点NODE_G。
根据本公开的一个方面，互连件部件引入影响功率模块110的切换操作的寄生电感。例如，互连件部件121引入电感Lgs1，互连件部件122引入电感Lss1，互连件部件123引入电感Lds1，互连件部件131引入电感Lgs2，互连件部件132引入电感Lss2并且互连件部件133引入电感Lds2。
此外，根据本公开的一个方面，互连件部件被故意地互耦以引入互耦寄生电感以平衡功率模块110中的开关模块之中的电流/功率。特别地，在图1示例中，互连件部件121和互连件部件133被故意地互耦以引入具有互耦系数K1的互耦寄生电感；并且互连件部件123和互连件部件131被故意互耦以引入具有互耦系数K2的互耦寄生电感。
根据本公开的一个方面，互耦被合适地设计使得互耦寄生电感提高开关模块之中的电流/功率平衡。在图1示例中，当互耦系数K1和K2是负值时，互耦寄生电感能够提高功率模块110中的开关模块之中的电流/功率平衡。在一种示例中，在接通第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的时刻，流过第一晶体管Q1(也流过互连件模块123)的第一电流比流过第二晶体管Q2的第二电流更大并且增加的更快。互连件部件123和互连件部件131之间的互耦电感然后在第二晶体管Q2的栅极端子G2处引起电压增加，并且因此开启第二晶体管Q2更多，并且增加流过第二晶体管Q2的第二电流。当流过第二晶体管Q2(也流过互连件模块133)的第二电流比流过第一晶体管Q1的第一电流更大并且增加更快时，互连件部件133和互连件部件121之间的互耦电感在栅极端子G1处引起电压增加，并且因此开启第一晶体管Q1更多，并且增加流过第一晶体管Q1的第一电流。
类似地，在关断第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的时刻，由于互感耦合，流过第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的瞬态电流被平衡。
根据本公开的一个方面，当第一晶体管Q1和第二晶体管Q2是SiC MOSFET晶体管时，SiC MOSFET晶体管的导通电阻Rds(on)具有正温度系数，并且因此SiC MOSFET晶体管固有地具有负反馈。导通电阻Rds(on)的变化可以引起稳态电流中的不平衡，并且导通电阻Rds(on)的负反馈自平衡(self-balance)第一晶体管Q1和第二晶体管Q2中的稳态电流。
进一步地，阈值电压Vth中的变化可以引起瞬态电流中的不平衡。阈值电压Vth具有负温度系数，并且因此能够引起正反馈和瞬态电流中的不平衡。互感耦合技术能够用于在接通/关断时刻平衡瞬态电流。
应当注意的是，功率模块110能够由各种技术实现。在一种示例中，开关模块(诸如，第一开关模块120、第二开关模块130和类似物)被实现为裸管芯(bare die)，并且互连件模块被实现为焊线和/或母线。开关模块、互连件模块和其他合适的部件被组装在封装中以形成功率模块110。在另一种示例中，开关模块是组装在单独的封装中的离散设备，并且通过焊线和母线互连开关模块。在另一种示例中，开关模块集成在集成电路(IC)芯片上，并且使用IC制造技术将互连件模块实现为IC芯片上的焊线。
图2示出用于根据本公开的实施例的功率模块210的分解图的绘图。在一种实施例中，图1中的功率模块110被实现为图2中的功率模块210。功率模块210包括使用裸管芯实现的开关模块，诸如第一开关模块220、第二开关模块230和类似物。进一步地，功率模块210包括使用母线实现的互连件模块，诸如互连件模块221、223、231、233和类似物。功率模块210以示例中的封装的形式实现。
例如，第一开关模块220是具有使用SiC MOSFET技术实现的第一晶体管的第一裸管芯。因此，第一晶体管的漏极端子D1被形成为例如第一裸管芯的衬底上的焊盘，并且第一晶体管的栅极端子G1和源极端子S1被形成为例如第一裸管芯的正面(衬底的对面)上的焊盘。
类似地，第二开关模块230是具有使用SiC MOSFET技术实现的第二晶体管的第二裸管芯。因此，第二晶体管的漏极端子D2被形成为例如第二裸管芯的衬底上的焊盘，并且第二晶体管的栅极端子G2和源极端子S2被形成为例如第二裸管芯的正面(衬底的对面)上的焊盘。
在一种实施例中，第一裸管芯和第二裸管芯被面对面安置。互连件模块221连接到第一晶体管的栅极端子G1，互连件模块231连接到第二晶体管的栅极端子G2，互连件模块223连接到第一晶体管的漏极端子D1，并且互连件模块231连接到第二晶体管的漏极端子D2。
进一步地，在该实施例中，互连件模块221和互连件模块233被安置以具有互耦寄生电感，其具有互耦系数K1。例如，互连件模块221和互连件模块223被邻近安置，使得互连件模块中的一个互连件模块中的电流改变能够在其它互连件模块上感应电压。此外，互连件模块231和互连件模块223被安置以具有互耦寄生电感，其具有互耦系数K2。例如，互连件模块223和互连件模块231被邻近安置，使得互连件模块之一中的电流改变能够在其它互连件模块上感应电压。在一种示例中，互耦寄生电感被合适地设计以在接通/关断第一晶体管和第二晶体管的时刻提高瞬态电流/功率平衡。
应当注意的是，为了容易和简明，功率模块210包括没有在图2中示出的其他合适的部件。例如，通过未示出的合适的互连件模块(诸如，焊线、母线和类似物)连接源极端子S1和S2。还应当注意的是，能够合适地修改图2中管芯和母线的配置。例如，在一种示例中能够以背对背方式安置两个管芯，或者在一种示例中能够并排安置两个管芯。
图3示出概述根据本公开的实施例的过程300的流程图。在一种示例中，执行过程300以实现功率模块210。过程在S301开始，并且进行到S310。
在S310，安置第一晶体管。例如，使用SiC MOSFET技术在第一裸管芯上实现第一晶体管。
在S320，安置第二晶体管。例如，使用SiC MOSFET技术在第二裸管芯上实现第二晶体管。
在S330，安置互连件以将第一晶体管的漏极端子感应耦合到第二晶体管的栅极端子。在图2示例中，互连件模块223与第一晶体管的漏极端子连接，并且互连件模块231与第二晶体管的栅极端子连接。互连件模块223和互连件模块231例如被邻近布置，以感应耦合。
在S340，安置互连件以将第二晶体管的漏极端子感应耦合到第一晶体管的栅极端子。在图2示例中，互连件模块233与第二晶体管的漏极端子连接，并且互连件模块221与第一晶体管的栅极端子连接。互连件模块233和互连件模块221例如被邻近布置，以感应耦合。然后步骤进行到S399并且终止。
应当注意的是，过程300能够包括其他合适的步骤以实现功率模块。进一步地，过程300中的步骤能够同时执行或者以不同的顺序执行。
图4示出根据本公开的实施例的仿真结果的绘图400。例如，绘图400示出当具有并联晶体管的功率模块被接通时在具有或不具有互耦寄生电感的情况下电压和电流的改变。X轴示出时间，Y轴示出电压值和电流值。
绘图400包括5个波形410-450。波形410(中虚线)示出不具有互耦寄生电感的情况下第一晶体管的漏极电流，波形420(长短虚线)示出不具有互耦寄生电感的情况下第二晶体管的漏极电流，波形430(实线)示出具有互耦寄生电感的情况下第一晶体管的漏极电流，波形440(短虚线)示出具有互耦寄生电感的情况下第二晶体管的漏极电流，以及波形450(长虚线)示出漏极-源极电压Vds。
如图4中所示，在ton时刻，第一晶体管和第二晶体管被接通。在不具有互耦寄生电感的情况下，第一晶体管中的瞬态电流和第二晶体管中的瞬态电流具有相对大的差值。具有互耦寄生电感的情况下，第一晶体管和第二晶体管中的瞬态电流差值被降低。
图5示出根据本公开的实施例的仿真结果的绘图500。例如，绘图500示出当具有并联晶体管的功率模块被关断时在具有或不具有互耦寄生电感的情况下电压和电流的改变。X轴示出时间，Y轴示出电压值和电流值。
绘图500包括5个波形510-550。波形510(中虚线)示出不具有互耦寄生电感的情况下第一晶体管的漏极电流，波形520(长短虚线)示出不具有互耦寄生电感的情况下第二晶体管的漏极电流，波形530(实线)示出具有互耦寄生电感的情况下第一晶体管的漏极电流，波形540(短虚线)示出具有互耦寄生电感的情况下第二晶体管的漏极电流，以及波形550(长虚线)示出漏极-源极电压Vds。
如图5中所示，在toff时刻，第一晶体管和第二晶体管被关断。在不具有互耦寄生电感的情况下，如由波形510和520所示的那样，第一晶体管中的瞬态电流和第二晶体管中的瞬态电流具有相对大的差值。在具有互耦寄生电感的情况下，如由波形530和540所示的那样，第一晶体管和第二晶体管中的瞬态电流差值被降低。
图6示出根据本公开的实施例的用于仿真的功率模块610的电路简图。功率模块610类似于上述功率模块110那样操作，并且也利用与功率模块110中所使用的那些部件一致或者等同的某些部件；这些部件的描述已经在上面提供并且这里将为了清楚的目的而省略这些部件的描述。
在图6示例中，功率模块610包括接收控制信号VDRV的两个驱动结点PC1和PC2。进一步地，功率模块610包括漏极结点D和源极结点S。在一种示例中，漏极结点D和源极结点S连接到功率源。功率模块610响应于控制信号VDRV传导从漏极结点D流到源极结点S的电流。
根据本公开的一个方面，功率模块610包括多个开关模块，诸如第一开关模块620、第二开关模块630和类似物。开关模块使用互连件部件(诸如焊线、母线和类似物)并联地耦合到驱动结点PC1和PC2、漏极结点D和源极结点S。开关模块被配置为基于在驱动结点PC1和PC2处接收的控制信号VDRV接通/关断漏极结点D和源极结点S之间的电流路径。
每一个开关模块能够包括一个或多个晶体管。当在开关模块中使用若干个晶体管时，能够用各种拓扑布置若干个晶体管以用作开关。
特别地，在图6示例中，第一开关模块620包括第一晶体管，并且第二开关模块630包括第二晶体管。第一晶体管和第二晶体管能够是任何合适的晶体管，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和类似物。在一种示例中，第一晶体管和第二晶体管是由于制造过程而可以具有广泛的参数变化的SiC MOSFET晶体管。
应当注意的是，实际的晶体管能够拥有各种寄生元件，并且在仿真中通常使用等效电路建模。在图6示例中，第一晶体管具有栅极端子G1、源极端子S1和漏极端子D1，并且使用图6中示出的耦合在一起的晶体管模型M1、电容C1-C3和二极管DD1建模。类似地，第二晶体管具有栅极端子G2、源极端子S2和漏极端子D2，并且使用图6中示出的耦合在一起的晶体管模型M2、电容C4-C6和二极管DD2建模。
根据本公开的一个方面，第一晶体管和第二晶体管的端子通过互连件部件耦合到驱动结点PC1-PC2、漏极结点D和源极结点S，并且互连件部件引入影响功率模块610的切换操作的寄生电感。能够使用电感建模互连件部件。例如，在图6示例中，使用如图6中示出的耦合在一起的电感Lggc、Lgg1、Lgg2建模驱动结点PC1和栅极端子G1与G2之间的互连件部件；使用如图6中示出的耦合在一起的电感Lgsc、Lgs1、Lgs2建模驱动结点PC2和源极端子S1与S2之间的互连件部件；使用如图6中示出的耦合在一起的电感Lsc、Ls1、Ls2建模源极结点S和源极端子S1与S2之间的互连件部件；使用如图6中示出的耦合在一起的电感Ldc、Ld1、Ld2建模漏极结点D和漏极端子D1与D2之间的互连件部件。
根据本公开的一个方面，互连件部件能够被故意地互耦以引入互耦寄生电感以平衡功率模块中的开关模块之中的电流/功率。根据本公开的一个方面，寄生电感能够处于直接耦合状态或者处于反向耦合状态。当寄生电感处于直接耦合状态时，交叉耦合技术能够用于降低电流/功率不平衡，并且当寄生电感处于反向耦合状态时，自耦技术能够用于降低电流/功率不平衡。
在图6示例中，晶体管的漏极电感的方向(例如，Ld1和Ld2的方向)和晶体管的栅极电感的方向(例如，Lgg1和Lgg2的方向)令漏极电感和栅极电感处于直接耦合状态(假设正互耦系数)。在正向耦合状态中，当漏极电流增加时，漏极电感和栅极电感的耦合能够引起栅极电压的增加。为了具有负反馈以对直接耦合状态降低电流/功率不平衡，第一开关模块620的漏极电感Ld1用第一互耦系数交叉耦合到第二开关模块630的栅极电感Lgg2，并且第二开关模块630的漏极电感Ld2用第二互耦系数交叉耦合到第一开关模块620的栅极电感Lgg1。在该示例中，使用了正互耦系数。进一步地，在一种示例中，随着更高的互耦系数(例如0.9)，不同电流路径之间的差值更小，切换速度更快，但是晶体管可能具有更高的电流过冲(overshoot)峰值。
根据本公开的一个方面，能够使用四种交叉耦合技术(漏极-栅极交叉耦合、漏极-Kelvin栅极交叉耦合、源极-栅极交叉耦合，以及源极-Kelvin栅极交叉耦合)在并联开关模块之间引入互耦寄生电感。
例如，对于漏极-栅极交叉耦合，由第一开关模块620的漏极电感Ld1建模的互连件部件和由第二开关模块630的栅极电感Lgg2建模的互连件部件被故意地互耦以引入如611示出的互耦寄生电感，并且由第二开关模块630的漏极电感Ld2建模的互连件部件和由第一开关模块620的栅极电感Lgg1建模的互连件部件被故意地互耦以引入如612示出的互耦寄生电感。
对于漏极-Kelvin栅极交叉耦合，由第一开关模块620的漏极电感Ld1建模的互连件部件和由第二开关模块630的Kelvin栅极电感Lgs2建模的互连件部件被故意地互耦以引入如613示出的互耦寄生电感，并且由第二开关模块630的漏极电感Ld2建模的互连件部件和由第一开关模块620的Kelvin栅极电感Lgs1建模的互连件部件被故意地互耦以引入如614示出的互耦寄生电感。
对于源极-栅极交叉耦合，由第一开关模块620的源极电感Ls1建模的互连件部件和由第二开关模块630的栅极电感Lgg2建模的互连件部件被故意地互耦以引入如615示出的互耦寄生电感，并且由第二开关模块630的源极电感Ls2建模的互连件部件和由第一开关模块620的栅极电感Lgg1建模的互连件部件被故意地互耦以引入如616示出的互耦寄生电感。
对于源极-Kelvin栅极交叉耦合，由第一开关模块620的源极电感Ls1建模的互连件部件和由第二开关模块630的Kelvin栅极电感Lgs2建模的互连件部件被故意地互耦以引入如617示出的互耦寄生电感，并且由第二开关模块630的源极电感Ls2建模的互连件部件和由第一开关模块620的Kelvin栅极电感Lgs1建模的互连件部件被故意地互耦以引入如618示出的互耦寄生电感。
图7示出根据本公开的实施例的用于电路仿真的功率模块710的简图。功率模块710类似于上述功率模块610那样操作，并且也利用与功率模块610中所使用的那些部件一致或者等同的某些部件；这些部件的描述已经在上面提供并且这里将为了清楚的目的而省略这些部件的描述。
在图7示例中，漏极电感的方向(例如，Ld1和Ld2的方向)和栅极电感的方向(例如，Lgg1和Lgg2的方向)被配置为处于反向耦合状态(假设正互耦系数)。在反向耦合状态中，当漏极电流增加时，漏极电感和栅极电感的耦合能够引起栅极电压的减小。为了具有负反馈以对反向耦合状态降低电流/功率不平衡，能够使用自耦技术。例如，用正值互耦系数，第一开关模块720的漏极电感Ld1自耦到第一开关模块720的栅极电感Lgg1，并且第二开关模块730的漏极电感Ld2自耦到第二开关模块730的栅极电感Lgg2，以降低功率/电流不平衡。
根据本公开的一个方面，四种自耦技术(漏极-栅极自耦、漏极-Kelvin栅极自耦、源极-栅极自耦和源极-Kelvin栅极自耦)能够用于在每一个开关模块内引入互耦寄生电感。
例如，对于漏极-栅极自耦，由第一开关模块720的漏极电感Ld1建模的互连件部件和由第一开关模块720的栅极电感Lgg1建模的互连件部件被故意地互耦以引入如711示出的互耦寄生电感，并且由第二开关模块730的漏极电感Ld2建模的互连件部件和由第二开关模块730的栅极电感Lgg2建模的互连件部件被故意地互耦以引入如712示出的互耦寄生电感。
对于漏极-Kelvin栅极自耦，由第一开关模块720的漏极电感Ld1建模的互连件部件和由第一开关模块720的Kelvin栅极电感Lgs1建模的互连件部件被故意地互耦以引入如713示出的互耦寄生电感，并且由第二开关模块730的漏极电感Ld2建模的互连件部件和由第二开关模块730的Kelvin栅极电感Lgs2建模的互连件部件被故意地互耦以引入如714示出的互耦寄生电感。
对于源极-栅极自耦，由第一开关模块720的源极电感Ls1建模的互连件部件和由第一开关模块720的栅极电感Lgg1建模的互连件部件被故意地互耦以引入如715示出的互耦寄生电感，并且由第二开关模块730的源极电感Ls2建模的互连件部件和由第二开关模块730的栅极电感Lgg2建模的互连件部件被故意地互耦以引入如716示出的互耦寄生电感。
对于源极-Kelvin栅极自耦，由第一开关模块720的源极电感Ls1建模的互连件部件和由第一开关模块720的Kelvin栅极电感Lgs1建模的互连件部件被故意地互耦以引入如717示出的互耦寄生电感，并且由第二开关模块730的源极电感Ls2建模的互连件部件和由第二开关模块730的Kelvin栅极电感Lgs2建模的互连件部件故意地互耦以引入如718示出的互耦寄生电感。
图8A示出用于仿真的功率模块610的简图。在图8A示例中，功率模块610处于根据本公开的实施例的使用交叉耦合技术以提高电流平衡的直接耦合状态。
图8B示出图8A中功率模块610的仿真结果的绘图。在图8A的功率模块610中，漏极电感的方向(例如，Ld1和Ld2的方向)和栅极电感的方向(例如，Lgg1和Lgg2的方向)被配置为处于直接耦合状态。随着直接耦合状态，使用交叉耦合技术(诸如，由611和612示出的漏极-栅极交叉耦合技术)以降低电流不平衡。
在图8B中，X轴示出时间并且Y轴示出开关模块的漏极电流。绘图800比较切换期间用于使用第一互耦系数0(不使用交叉耦合技术)的第一仿真的漏极电流和用于使用第二互耦系数0.9(使用交叉耦合技术)的第二仿真的漏极电流。绘图800包括用于不使用交叉耦合技术的第一仿真的漏极电流的第一曲线810和第二曲线820，和用于使用交叉耦合技术的第二仿真的漏极电流的第三曲线830和第四曲线840。
如图8B所看到的那样，第三曲线830和第四曲线840之间的漏极电流差值相对小于第一曲线810和第二曲线820之间的漏极电流差值。因此，用于直接耦合状态的交叉耦合技术降低电流不平衡。还如图8B所看到的那样，随着交叉耦合技术，切换电流更大，切换速度更快并且电流过冲峰值更高。
图9A示出用于仿真的功率模块710的简图。在图9A示例中，功率模块710处于根据本公开的实施例的使用自耦技术以提高电流平衡的反向耦合状态。
图9B示出图9A中功率模块710的仿真结果的绘图。在图9A示例中，漏极电感的方向(例如，Ld1和Ld2的方向)和栅极电感的方向(例如，Lgg1和Lgg2的方向)被配置为处于反向耦合状态。随着反向耦合状态，使用自耦技术(诸如，由711和712示出的漏极-栅极自耦技术)以降低电流不平衡。
在图9B中，X轴示出时间并且Y轴示出开关模块的漏极电流。绘图900比较切换期间用于使用第一互耦系数0(不使用自耦技术)的第一仿真的漏极电流和用于使用第二互耦系数0.9(使用自耦技术)的第二仿真的漏极电流。绘图900包括用于不使用自耦技术的第一仿真的漏极电流的第一曲线910和第二曲线920，和用于使用自耦技术的第二仿真的漏极电流的第三曲线930和第四曲线940。
如图9B所看到的那样，第三曲线930和第四曲线940之间的漏极电流差值相对小于第一曲线910和第二曲线920之间的漏极电流差值。因此，用于反向耦合状态的自耦技术降低电流不平衡。还如图9B所看到的那样，随着自耦技术，切换电流更小，切换速度更慢并且电流过冲峰值更低。
根据本公开的一个方面，用于直接耦合状态的交叉耦合技术和用于反向耦合状态的自耦技术能够合适地组合以提高电流平衡。
图10示出根据本公开的实施例的用于电路仿真的功率模块1010的简图。功率模块1010类似于上述功率模块610和功率模块710那样操作，并且也利用与功率模块610和功率模块710中所使用的那些部件一致或者等同的某些部件；这些部件的描述已经在上面提供并且这里将为了清楚的目的而省略这些部件的描述。在功率模块1010中，漏极电感和栅极电感处于直接耦合状态而源极电感和Kelvin栅极电感处于反向耦合状态。
在图10示例中，由第一开关模块1020的漏极电感Ld1建模的互连件部件和由第二开关模块1030的栅极电感Lgg2建模的互连件部件被故意地互耦以引入如1011示出的互耦寄生电感，并且由第二开关模块1030的漏极电感Ld2建模的互连件部件和由第一开关模块1020的栅极电感Lgg1建模的互连件部件被故意地互耦以引入如1012示出的互耦寄生电感。
进一步地，在图10示例中，由第一开关模块1020的源极电感Ls1建模的互连件部件和由第一开关模块1020的Kelvin栅极电感Lgs1建模的互连件部件故意地互耦以引入如1017示出的互耦寄生电感，并且由第二开关模块1030的源极电感Ls2建模的互连件部件和由第二开关模块1030的Kelvin栅极电感Lgs2建模的互连件部件故意地互耦以引入如1018示出的互耦寄生电感。
图11A-11B示出根据本公开的实施例的用于功率模块1010的仿真结果。图11A示出在切换期间用于使用第一互耦系数0(不使用任何交叉耦合技术和自耦技术)的第一仿真的漏极电流并且图11B示出在切换期间用于使用第二互耦系数0.9(交叉耦合技术和自耦技术两者)的第二仿真的漏极电流。
如图11A和11B所看到的那样，对于第一仿真和第二仿真切换速度和峰值电流基本相同；然而，电流不平衡显著降低，特别是在前几个震荡周期中。
尽管本公开的多个方面已经结合作为示例提出的它的特定实施例而描述，但是可以对示例做出替代、修改和变化。因此，本文所提出的实施例旨在说明并且不是旨在限制。在不偏离以下提出的权利要求的范围的情况下存在可以做出的改变。

Claims (20)

1.一种功率电路，所述功率电路包括：
与第二开关电路并联的第一开关电路，所述第一开关电路和所述第二开关电路经由多个互连件耦合到第一驱动结点、第二驱动结点、源极结点和漏极结点，所述功率电路接收所述第一驱动结点和所述第二驱动结点之间的控制信号以控制通过所述第一开关电路和所述第二开关电路从所述漏极结点流到所述源极结点的电流，其中所述多个互连件的第一互连件和第二互连件感应耦合以平衡流过所述第一开关电路和所述第二开关电路的所述电流。
2.如权利要求1所述的功率电路，其中所述第一互连件在将所述第一开关电路互连到所述第一驱动结点、所述第二驱动结点、所述源极结点和所述漏极结点的多个第一互连件之中，并且所述第二互连件在将所述第二开关电路互连到所述第一驱动结点、所述第二驱动结点、所述源极结点和所述漏极结点的多个第二互连件之中。
3.如权利要求2所述的功率电路，其中所述第一互连件具有到所述第二互连件的对应的第三互连件，并且由所述第一互连件和所述第三互连件引入的寄生电感处于直接耦合状态。
4.如权利要求3所述的功率电路，其中所述第二互连件具有到所述第一互连件的对应的第四互连件，所述第三互连件和所述第四互连件感应耦合。
5.如权利要求3所述的功率电路，其中所述第一互连件将所述第一开关电路的栅极端子互连到所述第一驱动结点，并且所述第二互连件将所述第二开关电路的漏极端子互连到所述漏极结点。
6.如权利要求3所述的功率电路，其中所述第一互连件将所述第一开关电路的栅极端子互连到所述第一驱动结点，并且所述第二互连件将所述第二开关电路的源极端子互连到所述源极结点。
7.如权利要求3所述的功率电路，其中所述第一互连件将所述第一开关电路的源极端子互连到所述第二驱动结点，并且所述第二互连件将所述第二开关电路的漏极端子互连到所述漏极结点。
8.如权利要求3所述的功率电路，其中所述第一互连件将所述第一开关电路的源极端子互连到所述第二驱动结点，并且所述第二互连件将所述第二开关电路的源极端子互连到所述源极结点。
9.如权利要求1所述的功率电路，其中所述第一互连件和所述第二互连件在将所述第一开关电路互连到所述第一驱动结点、所述第二驱动结点、所述源极结点和所述漏极结点的所述多个互连件之中。
10.如权利要求9所述的功率电路，其中由所述第一互连件和所述第二互连件引入的寄生电感处于反向耦合状态。
11.如权利要求9所述的功率电路，其中所述第一互连件将所述第一开关电路的栅极端子互连到所述第一驱动结点，并且所述第二互连件将所述第一开关电路的漏极端子互连到所述漏极结点。
12.如权利要求9所述的功率电路，其中所述第一互连件将所述第一开关电路的栅极端子互连到所述第一驱动结点，并且所述第二互连件将所述第一开关电路的源极端子互连到所述源极结点。
13.如权利要求9所述的功率电路，其中所述第一互连件将所述第一开关电路的源极端子互连到所述第二驱动结点，并且所述第二互连件将所述第一开关电路的漏极端子互连到所述漏极结点。
14.如权利要求9所述的功率电路，其中所述第一互连件将所述第一开关电路的源极端子互连到所述第二驱动结点，并且所述第二互连件将所述第一开关电路的源极端子互连到所述源极结点。
15.如权利要求1所述的功率电路，其中所述第一互连件和所述第二互连件感应耦合以平衡当所述第一开关电路和所述第二开关电路被接通/关断时流过所述第一开关电路和所述第二开关电路的瞬态电流。
16.如权利要求1所述的功率电路，其中所述第一开关电路包括第一SiC金属氧化物半导体场效应晶体管，并且所述第二开关电路包括第二SiC金属氧化物半导体场效应晶体管。
17.如权利要求1所述的功率电路，其中所述第一开关电路在第一管芯上并且所述第二开关电路在第二管芯上。
18.如权利要求17所述的功率电路，其中所述第一管芯和所述第二管芯面对面组装在封装中。
19.一种装置，所述装置包括：
具有与第二开关电路并联的第一开关电路的功率电路，所述第一开关电路和所述第二开关电路经由多个互连件被耦合到第一驱动结点、第二驱动结点、源极结点和栅极结点，所述功率电路接收施加在所述第一驱动结点和所述第二驱动结点之间的控制信号以控制通过所述第一开关电路和所述第二开关电路从所述漏极结点流到所述源极结点的电流，其中所述多个互连件中的第一互连件和第二互连件感应耦合以平衡流过所述第一开关电路和所述第二开关电路的所述电流。
20.一种方法，所述方法包括：
在功率电路中并联地安置第一开关电路和第二开关电路；
将所述第一开关电路和所述第二开关电路经由多个互连件耦合到所述功率电路的第一驱动结点、第二驱动结点、源极结点和漏极结点，所述功率电路接收施加在所述第一驱动结点和所述第二驱动结点之间的控制信号以控制从所述漏极结点流到所述源极结点的电流；以及
感应耦合所述多个互连件中的第一互连件和第二互连件以平衡流过所述第一开关电路和所述第二开关电路的所述电流。
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