单片集成谐振式升压转换器设计

摘要

为了解决高频谐振功率转换器功率密度较低的问题,提出基于绝缘体上硅(SOI)工艺平台和氮化镓(GaN)功率晶体管的三维集成的单开关全谐振升压转换器,开关频率为500 MHz.转换器主体采用传统Class-E放大器的衍生电路结构-并联式Class-E拓扑,栅极驱动器采用单管谐振式驱动拓扑.转换器中的谐振电感元件采用SOI工艺中提供的平面螺旋电感实现,谐振电容元件采用GaN功率晶体管的米勒寄生电容实现,硅基芯片与GaN芯片通过三维倒装技术连接.围绕电路参数设计、谐振元件的实现和版图结构设计进行详细分析.实验结果显示,当输入电压为12 V时,片上转换器的最高功率密度为1.481 W/mm^(2),满载效率为60%,最高效率为89%.本设计为实现高功率密度、高集成度的功率转换器提供了新思路.