KR102585000B1 - GaN 하이브리드 모듈 - Google Patents

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Abstract

GaN 하이브리드 모듈이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 GaN 하이브리드 모듈은 제1GaN 반도체 소자 및 제2GaN 반도체 소자를 포함하는 고주파 스위칭 레그 및 제1Si 반도체 소자 및 제2Si 반도체 소자를 포함하는 저주파 스위칭 레그를 포함하는 풀 브리지 회로가 하나의 모듈로 일체로 이루어진다.

Description

GaN 하이브리드 모듈{GaN hybrid module}
본 발명은 GaN 하이브리드 모듈에 관한 것으로, 특히, 게이트 오실레이션을 저감하면서도 우수한 역 회복 특성으로 전력변환 효율을 향상시킬 수 있고, 표면 실장형 전력 반도체 소자의 이중 방열 구조로 전체 방열 구조를 단순화하면서도 방열 효과를 향상시킬 수 있는 GaN 하이브리드 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 전력 변환 회로는 고속 주파수 구동과 저속 주파수 구동에 대하여 상이한 유형의 전력 반도체 소자가 사용된다. 이러한 전력 반도체 소자는 GaN 반도체 소자와 Si 반도체 소자로 구분되는데, GaN 반도체 소자는 고속 주파수 구동에 의한 고속 스위칭에 주로 사용되고, Si 반도체 소자는 저속 주파수 구동에 의한 저속 스위칭에 주로 사용된다. 이때, GaN 반도체 소자는 Si 반도체 소자보다 고가이기 때문에 저속 스위칭이 요구되는 애플리케이션에 사용하면 상대적으로 비용이 높아지므로 적합하지 않다.
GaN 반도체 소자는 Si 반도체 소자 대비 약 2%의 전력변환 효율을 향상시킬 수 있다. 그러나 개별 소자의 경우, GaN 반도체 소자는 스트레인 인덕턴스 등 게이트 오실레이션에 취약하기 때문에, 게이트 오실레이션을 저감하기 위해 높은 수준의 PCB 아트워크(Artwork) 노하우를 요구한다.
한편, 개별 소자로 이루어진 반도체 소자는 각각에 방열 구조를 설계하기 때문에 방열 구조에 따른 전체 시스템 크기가 증가하는 문제가 있다.
KR 10-0632137 B1
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 게이트 오실레이션을 저감하면서도 우수한 역 회복 특성으로 전력변환 효율을 향상시킬 수 있는 GaN 하이브리드 모듈을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 표면 실장형 전력 반도체 소자의 이중 방열 구조로 전체 방열 구조를 단순화하면서도 방열 효과를 향상시킬 수 있는 GaN 하이브리드 모듈을 제공하고자 한다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1GaN 반도체 소자 및 제2GaN 반도체 소자를 포함하는 고주파 스위칭 레그; 및 제1Si 반도체 소자 및 제2Si 반도체 소자를 포함하는 저주파 스위칭 레그를 포함하는 풀 브리지 회로가 하나의 모듈로 일체로 이루어지는 GaN 하이브리드 모듈이 제공된다.
일 실시예에서, 상기 GaN 하이브리드 모듈은 상기 제1GaN 반도체 소자 및 상기 제2GaN 반도체 소자 각각의 드레인과 소스 사이에 병렬로 구비되는 제1SiC 다이오드 및 제2SiC 다이오드를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1GaN 반도체 소자 및 상기 제2GaN 반도체 소자 각각은 GaN 반도체 소자와 Si 반도체 소자를 포함하는 캐스코드(Cascode) 구조로 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1GaN 반도체 소자 및 상기 제2GaN 반도체 소자와 상기 제1Si 반도체 소자 및 상기 제2Si 반도체 소자 각각의 게이트 구동단과 파워단이 분리 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 게이트 구동단은 상기 제1GaN 반도체 소자 및 상기 제2GaN 반도체 소자와 상기 제1Si 반도체 소자 및 상기 제2Si 반도체 소자 각각의 게이트에 연결되는 제어 단자 및 상기 제1GaN 반도체 소자 및 상기 제2GaN 반도체 소자와 상기 제1Si 반도체 소자 및 상기 제2Si 반도체 소자 각각의 소스에 연결되는 게이트 구동 단자를 포함할 수 있다. 아울러, 상기 파워단은 상기 제1GaN 반도체 소자와 상기 제1Si 반도체 소자에 각각 연결되는 전원인가 단자 및 상기 제2GaN 반도체 소자와 상기 제2Si 반도체 소자에 각각 연결되는 접지 단자를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1GaN 반도체 소자; 상기 제1GaN 반도체 소자와 직렬 연결되되, 드레인이 상기 제1GaN 반도체 소자의 소스에 연결되는 제2GaN 반도체 소자; 드레인이 상기 제1GaN 반도체 소자의 드레인과 연결되는 제1Si 반도체 소자; 상기 제1Si 반도체 소자와 직렬 연결되되, 드레인이 상기 제1Si 반도체 소자의 소스에 연결되며 소스가 상기 제2GaN 반도체 소자의 소스와 연결되는 제2Si 반도체 소자; 상기 제1GaN 반도체 소자와 상기 제2GaN 반도체 소자의 연결 지점에서 인출되는 제1출력 단자; 상기 제1Si 반도체 소자와 상기 제2Si 반도체 소자의 연결 지점에서 인출되는 제2출력 단자; 상기 제1GaN 반도체 소자의 드레인과 상기 제1Si 반도체 소자의 드레인으로부터 인출되는 전원인가 단자; 상기 제2GaN 반도체 소자의 소스와 상기 제2Si 반도체 소자의 소스로부터 인출되는 접지 단자; 상기 제1GaN 반도체 소자의 게이트로부터 인출되는 제1제어 단자; 상기 제2GaN 반도체 소자의 게이트로부터 인출되는 제2제어 단자; 상기 제1Si 반도체 소자의 게이트로부터 인출되는 제3제어 단자; 상기 제2Si 반도체 소자의 게이트로부터 인출되는 제4제어 단자; 상기 제1GaN 반도체 소자의 소스로부터 인출되는 제1게이트 구동 단자; 상기 제2GaN 반도체 소자의 소스로부터 인출되는 제2게이트 구동 단자; 상기 제1Si 반도체 소자의 소스로부터 인출되는 제3게이트 구동 단자; 및 상기 제2Si 반도체 소자의 소스로부터 인출되는 제4게이트 구동 단자;를 포함하며, 하나의 모듈로 이루어지되, 상기 제1제어 단자 내지 상기 제4제어 단자와 상기 제1게이트 구동 단자 내지 상기 제4게이트 구동 단자는 상기 모듈의 제1측에 배치되고, 상기 제1출력 단자 및 상기 제2출력 단자는 상기 모듈의 제1측에 대향하는 제2측에 배치되며, 상기 전원인가 단자 및 상기 접지 단자는 상기 모듈의 상기 제1측 및 상기 제2측과 수직인 제3측과 이에 대향하는 제4측에 배치되는 GaN 하이브리드 모듈이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 하이브리드 모듈은 풀 브리지를 구성하는 반도체 소자를 하나의 모듈로 일체화하고 게이트 구동단과 파워단을 분리함으로써, EMI 및 게이트 오실레이션을 저감할 수 있으므로 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 하이브리드 모듈은 GaN 반도체 소자의 드레인-소스간에 SiC 다이오드를 병렬로 연결함으로써, 우수한 역 회복 특성으로 효율 및 발열에 따른 신뢰성을 향상시킬 수 있으므로 전력변환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 GaN 하이브리드 모듈은 개별 소자 대비 방열 구조를 단순화하며 최적화 구조 설계가 쉽기 때문에 방열 효과를 향상시킬 수 있으며, 회로의 전체 크기를 저감할 수 있으므로 전력밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 하이브리드 모듈은 하나의 모듈에서 고속 스위칭과 저속 스위칭을 구현함으로써, 저속 스위칭과 고속 스위칭을 동시에 요구하는 전력 변환 시스템에 적용할 수 있으므로 사용성을 확장할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 하이브리드 모듈은 PCB 아트워크를 고려하여 외부 핀을 배치함으로써, 게이트 구동단과 파워단에 대한 패턴을 간소화할 수 있으므로 PCB 최적화를 통한 고전력밀도를 달성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 하이브리드 모듈은 GaN 반도체 소자에 비하여 비교적 가격이 저렴한 Si 반도체 소자를 하이브리드로 구비함으로써, 풀 브리지 전력 변환 회로 대비 전체 제조 비용을 경감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 하이브리드 모듈이 적용된 토템폴 PFC 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 하이브리드 모듈의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 하이브리드 모듈의 GaN 반도체 소자의 다른 예이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 하이브리드 모듈의 외부 핀 배치도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 하이브리드 모듈을 보다 상세히 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 하이브리드 모듈이 적용된 토템폴 PFC 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 하이브리드 모듈(100)은 고주파 스위칭 레그(110) 및 저주파 스위칭 레그(120)를 포함할 수 있다.
GaN 하이브리드 모듈(100)은 풀 브리지 회로로서, GaN 반도체 소자와 Si 반도체 소자에 의한 각각의 하프 브리지가 하이브리드 구조로 구성될 수 있다. 여기서, 고주파 스위칭 레그(110)는 GaN 반도체 소자로 구성되고, 저주파 스위칭 레그(120)는 Si 반도체 소자로 구성될 수 있다.
이에 의해, 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 하이브리드 모듈(100)은 비교적 고가의 GaN 반도체 소자만으로 구성된 풀 브리지 전력 변환 회로 대비 전체 제조 비용을 경감할 수 있다.
이러한 GaN 하이브리드 모듈(100)은 도 1에 도시된 바와 같은 전력 변환 회로에 적용될 수 있다. 여기서, 좌측에서 우측으로 동작하는 회로는 토템폴 PFC 회로이고, 우측에서 좌측으로 동작하는 회로는 유니폴라 PWM 인버터 회로일 수 있다. 즉, GaN 하이브리드 모듈(100)은 도 1에서 AC-DC PFC 또는 DC-AC 인버터 회로로 적용될 수 있다.
일례로, GaN 하이브리드 모듈(100)은 고속 스위칭과 저속 스위칭이 요구되는 토템폴 PFC(Totem Pole PFC) 회로에 적용될 수 있다. 여기서, 토템폴 PFC는 도 1과 같이 풀 브리지 형태로서, 고속 스위칭 레그(110)와 라인 주파수인 저속 주파수로 스위칭하는 레그(120)로 구성된다.
이때, 저속 스위칭의 경우, 도통 손실의 영향이 크기 때문에, 낮은 온 저항(RDS,ON) 특성을 갖는 Si 반도체 소자로 구성되는 것이 일반적이다. 하지만, 고속 스위칭의 경우, Si 반도체 소자가 적용되면, 바디 다이오드의 낮은 역 회복 특성으로 인해 효율과 발열에 따른 신뢰성이 떨어지게 된다. 따라서 최근 토템플 PFC에서, 고속 스위칭의 경우, GaN 반도체 소자가 적용되는 추세이다. 즉, GaN 반도체 소자는 우수한 역 회복 특성 및 고속 스위칭 특성으로 인해 전력변환 효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
그러나 일반적인 GaN 반도체 소자는 스트레인 인덕턴스에 의한 게이트 오실레이션에 취약하기 때문에, 개별 소자로 사용되는 경우, 높은 수준의 PCB 아트워크가 요구되었다.
이를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 하이브리드 모듈(100)은 GaN 반도체 소자(Q1, Q2)을 포함한 하이브리드 구조로서 저속 스위칭과 고속 스위칭이 가능한 풀 브리지를 하나의 모듈로 구성한다. 즉, 고주파 스위칭 레그(110)는 제1GaN 반도체 소자(Q1) 및 제2GaN 반도체 소자(Q2)를 포함할 수 있다. 저주파 스위칭 레그(120)는 제1Si 반도체 소자(S1) 및 제2Si 반도체 소자(S2)를 포함할 수 있다. GaN 하이브리드 모듈(100)은 이러한 풀 브리지 회로가 하나의 모듈로서 일체로 이루어질 수 있다.
이에 의해, 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 하이브리드 모듈(100)은 저속 스위칭과 고속 스위칭을 동시에 요구하는 전력 변환 시스템에 적용할 수 있으므로 사용성을 확장할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 하이브리드 모듈의 회로도이다.
GaN 하이브리드 모듈(100)은 GaN 반도체 소자로 구성된 고주파 스위칭 레그(110)와 Si 반도체 소자로 구성된 저주파 스위칭 레그(120)를 포함할 수 있다.
고주파 스위칭 레그(110)는 제1GaN 반도체 소자(Q1), 제2GaN 반도체 소자(Q2), 제1SiC 다이오드(D1) 및 제2SiC 다이오드(D2)를 포함할 수 있다.
제1GaN 반도체 소자(Q1)는 드레인이 전원인가 단자(VDC)에 연결될 수 있다. 이때, 제1GaN 반도체 소자(Q1)는 게이트가 제1제어 단자(Q_HFA)에 연결될 수 있다. 아울러, 제1GaN 반도체 소자(Q1)는 소스가 제1게이트 구동 단자(Q_RTA)에 연결될 수 있다.
제2GaN 반도체 소자(Q2)는 제1GaN 반도체 소자(Q1)와 직렬 연결될 수 있다. 즉, 제2GaN 반도체 소자(Q2)는 드레인이 제1GaN 반도체 소자(Q1)의 소스에 연결될 수 있다. 이때, 제2GaN 반도체 소자(Q2)는 소스가 접지 단자(GND)에 연결될 수 있다. 아울러, 제2GaN 반도체 소자(Q2)는 게이트가 제2제어 단자(Q_HFB)에 연결될 수 있다. 또한, 제2GaN 반도체 소자(Q2)는 소스가 제2게이트 구동 단자(Q_RTB)에 연결될 수 있다.
이때, 제1GaN 반도체 소자(Q1)와 제2GaN 반도체 소자(Q2)의 연결 지점은 제1출력 단자(VHF)에 연결될 수 있다. 즉, 고주파 스위칭 레그(110)는 제1제어 단자(Q_HFA) 및 제2제어 단자(Q_HFB)에 인가되는 신호에 따른 출력 신호가 제1출력 단자(VHF)로 출력될 수 있다.
제1SiC 다이오드(D1)는 제1GaN 반도체 소자(Q1)의 드레인과 소스 사이에 병렬로 구비될 수 있다. 이러한 제1SiC 다이오드(D1)는 SiC 바디 다이오드(Body Diode)로서 우수한 역 회복 특성을 가질 수 있다.
이와 유사하게, 제2SiC 다이오드(D2)는 제2GaN 반도체 소자(Q2)의 드레인과 소스 사이에 병렬로 구비될 수 있다. 이러한 제2SiC 다이오드(D2)도 SiC 바디 다이오드로서 우수한 역 회복 특성을 가질 수 있음은 물론이다.
이에 의해, 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 하이브리드 모듈(100)은 우수한 역 회복 특성으로 효율 및 발열에 따른 신뢰성을 향상시킬 수 있으므로 전력변환 효율을 향상시킬 수 있다.
저주파 스위칭 레그(120)는 제1Si 반도체 소자(S1) 및 제2Si 반도체 소자(S2)를 포함할 수 있다.
제1Si 반도체 소자(S1)는 드레인이 제1GaN 반도체 소자(Q1)의 드레인과 연결될 수 있다. 즉, 제1Si 반도체 소자(S1)는 드레인이 전원인가 단자(VDC)에 연결될 수 있다. 이때, 제1Si 반도체 소자(S1)는 게이트가 제3제어 단자(S_LFA)에 연결될 수 있다. 아울러, 제1Si 반도체 소자(S1)는 소스가 제3게이트 구동 단자(S_RTA)에 연결될 수 있다.
제2Si 반도체 소자(S2)는 제1Si 반도체 소자(S1)와 직렬 연결될 수 있다. 즉, 제2Si 반도체 소자(S2)는 드레인이 제1Si 반도체 소자(S1)의 소스에 연결될 수 있다. 이때, 제2Si 반도체 소자(S2)는 소스가 접지 단자(GND)에 연결될 수 있다. 아울러, 제2Si 반도체 소자(S2)는 소스가 제2GaN 반도체 소자(Q2)의 소스와 연결될 수 있다. 또한, 제2Si 반도체 소자(S2)는 게이트가 제4제어 단자(S_LFB)에 연결될 수 있다. 또한, 제2Si 반도체 소자(S2)는 소스가 제4게이트 구동 단자(S_RTB)에 연결될 수 있다.
이때, 제1Si 반도체 소자(S1)와 제2Si 반도체 소자(S2)의 연결 지점은 제2출력 단자(VLF)가 연결될 수 있다. 즉, 저주파 스위칭 레그(120)는 제3제어 단자(S_LFA) 및 제4제어 단자(S_LFB)에 인가되는 신호에 따른 출력 신호가 제2출력 단자(VLF)로 출력될 수 있다.
여기서, 제1GaN 반도체 소자(Q1), 제2GaN 반도체 소자(Q2), 제1Si 반도체 소자(S1) 및 제2Si 반도체 소자(S2)는 표면 실장형 소자일 수 있다. 이에 의해, GaN 하이브리드 모듈(100)은 이와 같은 표면 실장형 소자의 상측 및 하측으로 이중 방열 구조가 구비될 수 있다.
이에 의해, 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 하이브리드 모듈(100)은 전체 방열 구조를 단순화하면서도 반도체 소자의 직접 방열에 의해 방열 효과를 향상시킬 수 있으며, 회로의 전체 크기를 저감할 수 있으므로 전력밀도를 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 하이브리드 모듈의 GaN 반도체 소자의 다른 예이다.
도 3을 참조하면, GaN 반도체 소자(Q1')는 노멀리 오프(Normally-off) 특성을 갖도록 캐스코드(Cascode)로 구성될 수 있다. 여기서, GaN 반도체 소자는 공핍형(Depletion-mode) 특성으로, 노멀리 온(normally-on) 형태를 갖으며 초기 노멀리 오프를 유지하기 위해 음의 게이트 전압이 요구된다. 반면, 캐스코드-모드의 경우, GaN 반도체 소자가 저내압인 Si 반도체 소자와 직렬로 연결된 구조로 기본적으로 노멀리 오프가 된다.
보다 구체적으로, GaN 반도체 소자(Q)는 소스(SGaN)가 Si 반도체 소자(SS)의 드레인(DSi)에 연결되고, 게이트(GGaN)는 Si 반도체 소자(SS)의 소스(SSi)에 연결될 수 있다. 이때, Si 반도체 소자(SS)의 게이트(GSi)가 GaN 반도체 소자(Q1')의 게이트(G)로 기능하고, GaN 반도체 소자(Q)의 드레인(DGaN)이 GaN 반도체 소자(Q1')의 드레인(D)으로 기능하며, GaN 반도체 소자(Q)의 게이트(GGaN) 또는 Si 반도체 소자(SS)의 소스(SSi)가 GaN 반도체 소자(Q1')의 소스(S)로 기능할 수 있다.
이러한 GaN 반도체 소자(Q1')는 도 2의 GaN 반도체 소자(Q1, Q2)에 각각 적용될 수 있다. 즉, 제1GaN 반도체 소자(Q1) 및 제2GaN 반도체 소자(Q2) 각각은 GaN 반도체 소자(Q)와 Si 반도체 소자(SS)를 포함하는 캐스코드 구조로 이루어질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 하이브리드 모듈의 외부 핀 배치도이다.
도 4를 참조하면, GaN 하이브리드 모듈(100a)은 일체로 이루어진 하나의 모듈로 이루어질 수 있다. 이때, GaN 하이브리드 모듈(100a)은 제1GaN 반도체 소자(Q1) 및 제2GaN 반도체 소자(Q2)와 제1Si 반도체 소자(S1) 및 제2Si 반도체 소자(S2) 각각의 게이트 구동단과 파원단이 분리배치될 수 있다.
여기서, 게이트 구동단은 제1GaN 반도체 소자(Q1) 및 제2GaN 반도체 소자(Q2)와 제1Si 반도체 소자(S1) 및 제2Si 반도체 소자(S2) 각각의 게이트에 연결되는 제어 단자를 포함할 수 있다. 일례로, 게이트 구동단은 제1GaN 반도체 소자(Q1)의 게이트에 연결되는 제1제어 단자(Q_HFA), 제2GaN 반도체 소자(Q2)의 게이트에 연결되는 제2제어 단자(Q_HFB), 제1Si 반도체 소자(S1)의 게이트에 연결되는 제3제어 단자(S_LFA) 및 제2Si 반도체 소자(S2)의 게이트에 연결되는 제4제어 단자(S_LFB)를 포함할 수 있다.
또한, 게이트 구동단은 제1GaN 반도체 소자(Q1) 및 제2GaN 반도체 소자(Q2)와 제1Si 반도체 소자(S1) 및 제2Si 반도체 소자(S2) 각각의 소스에 연결되는 게이트 구동 단자를 포함할 수 있다. 일례로, 게이트 구동단은 제1GaN 반도체 소자(Q1)의 소스에 연결되는 제1게이트 구동 단자(Q_RTA), 제2GaN 반도체 소자(Q2)의 소스에 연결되는 제2게이트 구동 단자(Q_RTB), 제1Si 반도체 소자(S1)의 소스에 연결되는 제3게이트 구동 단자(S_RTA), 및 제2Si 반도체 소자(S2)의 소스에 연결되는 제4게이트 구동 단자(S_RTB)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 하이브리드 모듈(100)은 풀 브리지를 구성하는 반도체 소자를 하나의 모듈로 일체화하고 게이트 구동단과 파워단을 분리함으로써, EMI 및 게이트 오실레이션을 저감할 수 있으므로 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이때, 제1제어 단자(Q_HFA) 내지 제4제어 단자(S_LFB)와 제1게이트 구동 단자(Q_RTA) 내지 제2게이트 구동 단자(Q_RTB), 즉, 게이트 구동단은 GaN 하이브리드 모듈(100a)의 제1측에 배치될 수 있다. 도면에서, 게이트 구동단은 GaN 하이브리드 모듈(100a)의 하측 변에 배치될 수 있다.
여기서, 제1제어 단자(Q_HFA)는 제1GaN 반도체 소자(Q1)의 게이트로부터 인출될 수 있다. 제2제어 단자(Q_HFB)는 제2GaN 반도체 소자(Q2)의 게이트로부터 인출될 수 있다. 제3제어 단자(S_LFA)는 제1Si 반도체 소자(S1)의 게이트로부터 인출될 수 있다. 제4제어 단자(S_LFB)는 제2Si 반도체 소자(S2)의 게이트로부터 인출될 수 있다.
또한, 제1게이트 구동 단자(Q_RTA)는 제1GaN 반도체 소자(Q1)의 소스로부터 인출될 수 있다. 제2게이트 구동 단자(Q_RTB)는 제2GaN 반도체 소자(Q2)의 소스로부터 인출될 수 있다. 제3게이트 구동 단자(S_RTA)는 제1Si 반도체 소자(S1)의 소스로부터 인출될 수 있다. 제4게이트 구동 단자(S_RTB)는 제2Si 반도체 소자(S2)의 소스로부터 인출될 수 있다.
이때, 제1제어 단자(Q_HFA) 내지 제4제어 단자(S_LFB)와 제1게이트 구동 단자(Q_RTA) 내지 제2게이트 구동 단자(Q_RTB)는 제1GaN 반도체 소자(Q1), 제2GaN 반도체 소자(Q2), 제1Si 반도체 소자(S1) 및 제2Si 반도체 소자(S2) 각각에 대하여 근접하게 한 쌍으로 배치될 수 있다. 즉, 제1GaN 반도체 소자(Q1)에 대한 제1제어 단자(Q_HFA) 및 제1게이트 구동 단자(Q_RTA), 제2GaN 반도체 소자(Q2)에 대한 제2제어 단자(Q_HFB) 및 제2게이트 구동 단자(Q_RTB), 제1Si 반도체 소자(S1)에 대한 제3제어 단자(S_LFA) 및 제3게이트 구동 단자(S_RTA), 제2Si 반도체 소자(S2)에 대한 제4제어 단자(S_LFB) 및 제4게이트 구동 단자(S_RTB)가 한 쌍으로 근접하게 배치될 수 있다. 도면에서, GaN 하이브리드 모듈(100a)의 좌측에서 우측으로, 제1제어 단자(Q_HFA)와 제1게이트 구동 단자(Q_RTA), 제2제어 단자(Q_HFB)와 제2게이트 구동 단자(Q_RTB), 제3제어 단자(S_LFA)와 제3게이트 구동 단자(S_RTA), 및 제4제어 단자(S_LFB)와 제4게이트 구동 단자(S_RTB)가 한 쌍씩 순차적으로 배치될 수 있다.
아울러, 제1출력 단자(VHF) 및 제2출력 단자(VLF)는 GaN 하이브리드 모듈(100a)의 제1측에 대향하는 제2측에 배치될 수 있다. 도면에서, 제1출력 단자(VHF) 및 제2출력 단자(VLF)는 GaN 하이브리드 모듈(100a)의 상측 변에 배치될 수 있다.
여기서, 제1출력 단자(VHF)는 제1GaN 반도체 소자(Q1)와 제2GaN 반도체 소자(Q2)의 연결 지점에서 인출될 수 있다. 제2출력 단자(VLF)는 제1Si 반도체 소자(S1)와 제2Si 반도체 소자(S2)의 연결 지점에서 인출될 수 있다.
파워단은 제1GaN 반도체 소자(Q1)와 제1Si 반도체 소자(S1)에 각각 연결되는 전원인가 단자(VDC) 및 제2GaN 반도체 소자(Q2)와 제2Si 반도체 소자(S2)에 각각 연결되는 접지 단자(GND)를 포함할 수 있다.
이때, 전원인가 단자(VDC) 및 접지 단자(GND)는 GaN 하이브리드 모듈(100a)의 제1측 및 제2측과 수직인 제3측과 이에 대향하는 제4측에 배치될 수 있다. 도면에서, 전원인가 단자(VDC) 및 접지 단자(GND)는 GaN 하이브리드 모듈(100a)의 양측 변에 배치될 수 있다.
여기서, 전원인가 단자(VDC)는 제1GaN 반도체 소자(Q1)의 드레인과 제1Si 반도체 소자(S1)의 드레인으로부터 인출될 수 있다. 접지 단자(GND)는 제2GaN 반도체 소자(Q2)의 소스와 제2Si 반도체 소자(S2)의 소스로부터 인출될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 하이브리드 모듈(100)은 PCB 아트워크를 고려하여 외부 핀을 배치함으로써, 게이트 구동단과 파워단에 대한 패턴을 간소화할 수 있으므로 PCB 최적화를 통한 고전력밀도를 달성할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100, 100a : GaN 하이브리드 모듈
110 : 고주파 스위칭 레그 120 : 저주파 스위칭 레그
Q1 : 제1GaN 반도체 소자 Q2 : 제2GaN 반도체 소자
S1 : 제1Si 반도체 소자 S2 : 제1Si 반도체 소자
Q : GaN 반도체 소자 SS : Si 반도체 소자
D1 : 제1SiC 다이오드 D2 : 제2SiC 다이오드
VHF :제1출력 단자 VLF : 제2출력단자
VDC : 전원인가 단자 GND : 접지 단자
Q_HFA : 제1제어 단자 Q_HFB : 제2제어 단자
Q_RTA : 제1게이트 구동 단자 Q_RTB : 제2게이트 구동 단자
S_LFA : 제3제어 단자 S_LFB : 제4제어 단자
S_RTA : 제3게이트 구동 단자 S_RTB : 제4게이트 구동 단자

Claims (6)

  1. 제1GaN 반도체 소자 및 제2GaN 반도체 소자를 포함하는 고주파 스위칭 레그; 및
    제1Si 반도체 소자 및 제2Si 반도체 소자를 포함하는 저주파 스위칭 레그;
    를 포함하는 풀 브리지 회로가 하나의 모듈로 일체로 이루어지되,
    상기 제1GaN 반도체 소자와 상기 제2GaN 반도체 소자의 연결 지점에서 제1출력 단자가 인출되고,
    상기 제1Si 반도체 소자와 상기 제2Si 반도체 소자의 연결 지점에서 제2출력 단자가 인출되며,
    상기 제1GaN 반도체 소자 및 상기 제2GaN 반도체 소자와 상기 제1Si 반도체 소자 및 상기 제2Si 반도체 소자 각각의 게이트 구동단과 파워단이 분리 배치되며,
    상기 게이트 구동단은,
    상기 제1GaN 반도체 소자의 게이트로부터 인출되는 제1제어 단자;
    상기 제2GaN 반도체 소자의 게이트로부터 인출되는 제2제어 단자;
    상기 제1Si 반도체 소자의 게이트로부터 인출되는 제3제어 단자;
    상기 제2Si 반도체 소자의 게이트로부터 인출되는 제4제어 단자;
    상기 제1GaN 반도체 소자의 소스로부터 인출되는 제1게이트 구동 단자;
    상기 제2GaN 반도체 소자의 소스로부터 인출되는 제2게이트 구동 단자;
    상기 제1Si 반도체 소자의 소스로부터 인출되는 제3게이트 구동 단자; 및
    상기 제2Si 반도체 소자의 소스로부터 인출되는 제4게이트 구동 단자;
    를 포함하고,
    상기 파워단은,
    상기 제1GaN 반도체 소자와 상기 제1Si 반도체 소자에 각각 연결되는 전원인가 단자; 및
    상기 제2GaN 반도체 소자와 상기 제2Si 반도체 소자에 각각 연결되는 접지 단자;
    를 포함하며,
    상기 제1제어 단자 내지 상기 제4제어 단자와 상기 제1게이트 구동 단자 내지 상기 제4게이트 구동 단자는 상기 모듈의 제1측에 배치되고,
    상기 제1출력 단자 및 상기 제2출력 단자는 상기 모듈의 제1측에 대향하는 제2측에 배치되며,
    상기 전원인가 단자 및 상기 접지 단자는 상기 모듈의 상기 제1측 및 상기 제2측과 수직인 제3측과 이에 대향하는 제4측에 배치되는 GaN 하이브리드 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1GaN 반도체 소자 및 상기 제2GaN 반도체 소자 각각의 드레인과 소스 사이에 병렬로 구비되는 제1SiC 다이오드 및 제2SiC 다이오드를 더 포함하는 GaN 하이브리드 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1GaN 반도체 소자 및 상기 제2GaN 반도체 소자 각각은 GaN 반도체 소자와 Si 반도체 소자를 포함하는 캐스코드(Cascode) 구조로 이루어진 GaN 하이브리드 모듈.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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