Компания Renesas Electronics представила первый в отрасли двунаправленный переключатель на основе GaN-технологии транзисторов обедненного типа, способный коммутировать как положительные, так и отрицательные токи. Высоковольтное устройство TP65B110HRU, предназначенное для одноступенчатых солнечных микроинверторов, инфраструктуры центров обработки данных для нагрузок искусственного интеллекта и бортовых зарядных устройств электромобилей, значительно упрощает проектирование преобразователей энергии и заменяет традиционные коммутаторы с двумя встречно включенными полевыми транзисторами одним быстродействующим и простым в управлении устройством с низкими потерями.

Одноступенчатая топология повышает КПД и уменьшает количество компонентов

В современных конструкциях преобразователей энергии используются однонаправленные кремниевые или карбидкремниевые (SiC) коммутаторы, которые в выключенном состоянии блокируют ток только в одном направлении. В результате преобразователи энергии приходится делить на каскады с несколькими коммутируемыми мостовыми схемами. Например, в типичном солнечном микроинверторе для DC/DC преобразования используется четырехтранзисторный полный мост, за которым следует второй каскад для получения конечного выходного напряжения переменного тока, подаваемого в сеть. Даже несмотря на то, что электронная промышленность переходит к использованию более эффективных одноступенчатых преобразователей, инженерам приходится преодолевать ограничения, присущие переключателям. Во многих современных одноступенчатых преобразователях используются обычные однонаправленные переключатели, расположенные последовательно, что приводит к четырехкратному увеличению их количества и снижению КПД.

Двунаправленное GaN-устройство полностью меняет ситуацию. Благодаря интеграции функции двунаправленной блокировки в одном GaN-приборе, преобразование энергии может быть выполнено в одном каскаде с использованием меньшего количества коммутационных устройств. Например, для типичного солнечного микроинвертора потребуется всего два высоковольтных двунаправленных устройства Renesas SuperGaN, что позволяет исключить промежуточные конденсаторы и вдвое сократить количество коммутирующих устройств. Кроме того, GaN-приборы быстро переключаются и имеют низкий накопленный заряд, что дает возможность достигать более высоких значений частоты переключения и плотности мощности. В реальной схеме одноступенчатого солнечного микроинвертора новая GaN-архитектура продемонстрировала КПД более 97.5% за счет исключения встречных соединений и медленных кремниевых переключателей.

Сочетание высоких характеристик и надежности с совместимостью с драйверами кремниевых транзисторов

Проверенные на практике 650-вольтовые устройства SuperGaN компании Renesas основаны на запатентованной технологии нормально закрытых транзисторов, которая проста в управлении и отличается высокой надежностью. В корпусе устройства TP65B110HRU высоковольтный двунаправленный GaN-кристалл, работающий в режиме объединения, объединен с двумя низковольтными кремниевыми MOSFET с высокими пороговыми напряжениями (3 В), большим запасом по напряжению затвора (±20 В) и встроенными диодами для эффективной обратной проводимости. По сравнению с двунаправленными GaN-устройствами, работающими в режиме обогащения, двунаправленный GaN-переключатель Renesas обеспечивает совместимость со стандартными драйверами затвора, не требующими отрицательного смещения. Это упрощает и снижает стоимость конструкции контура управления затвором, а также обеспечивает быструю и стабильную коммутацию как в режиме мягкого, так и жесткого переключения без снижения характеристик. Топологии преобразования мощности, требующие жесткого переключения, такие как трехфазные венские выпрямители, могут быть использованы благодаря высокой устойчивости к dv/dt (более 100 В/нс) с минимальным звоном и короткими задержками при включении/выключении. GaN-устройство Renesas обеспечивает истинное двунаправленное переключение с высокой надежностью, высокими характеристиками и простотой использования.

Основные характеристики TP65B110HRU

• Непрерывное пиковое постоянное и переменное напряжение ±650 В, импульсное напряжение ±800 В.
• Устойчивость к электростатическим разрядам до 2 кВ для моделей человеческого тела и заряженного устройства.
• Типовое напряжение сток-сток открытого переключателя 110 мОм при 25 °C
• Типовое напряжение порога 3 В
• Не требует отрицательного смещения
• Максимальное напряжение затвор-исток ±20 В
• Устойчивость к dv/dt более 100 В/нс
• Падение напряжения на обратном диоде 1.8 В
• Корпус TOLT со стандартным для отрасли расположением выводов, охлаждаемый с верхней стороны.

Доступность

Двунаправленный GaN-переключатель TP65B110HRU уже доступен для заказа в промышленных количествах. Клиенты также могут приобрести оценочный набор RTDACHB0000RS-MS-1 для тестирования с различными вариантами управления, обнаружения переходов через ноль переменного напряжения и реализации мягкого переключения при пересечении нуля.

Оценочный набор двунаправленного полумостового GaN-коммутатора RTDACHB0000RS-MF-1-KIT.