电子发烧友综合报道 最近多家GaN厂商推出双向GaN功率开关，即GaN BDS（Bidirectional Switch，双向开关）。这是一种较为新型的GaN功率器件产品，顾名思义，双向GaN主要是能够实现电流的双向导通和电压的双向阻断，显著提升电力电子系统的效率与集成度。 传统的MOSFET等开关器件，一般只能允许电流单向导通，比如硅基MOSFET要实现反向的电流，需要外接反并联二极管，或是采用背靠背串联的MOSFET组成双向开关。 但既然现有的方案可以通过外接反并联二极管和反向串联MOSFET组成双向开关，为什么还需要单片的双向功率开关？ 在目前电力应用中，包括充电桩、光伏逆变器、电机驱动、数据中心供电等，广泛用到双向开关。比如在常见的Vienna拓扑整流器和DMC变换器中，都需要大量双向开关。现有的功率开关，多数需要外接其他的分立器件，才能实现双向开关。 而外接分立器件，将大大增加总的导通电阻，为了规避整体导通电阻的增加，又需要并联一组反向串联结构。所以，成本和电路结构来看，采用传统功率器件实现双向开关，将导致芯片使用量和使用面积都大大增加。 那么GaN器件是怎么实现双向开关的？基于GaN HEMT，通过加入一个独立的栅极，两个栅极共享漏极区域，可用于阻断任一电压极性。 以英飞凌的单片BDS 为例，英飞凌基于CoolGaN的BDS HEMT通过集成两个隔离栅极的单片结构实现双向性，允许通过独立控制每个栅极的开/关状态来在两个方向传导电流。同时两个栅极共享一个漂移区，这意味着能够有效在两个方向上截止电压，无需考虑电流的方向。 纳微半导体表示，在其推出的双向GaNFast功率芯片上通过合并漏极结构、双栅极控制及集成专利的有源基板钳位技术，实现双向开关的突破。一颗高速高效的双向GaNFast™氮化镓功率芯片可替代最多4个传统开关器件，显著提升系统性能，同时减少元件数量、PCB面积和系统成本。 英飞凌在去年7月推出了CoolGaN BDS，提供40 V、650 V和850 V电压双向开关，适用于移动设备USB端口、电池管理系统、逆变器和整流器等。其中650 V和850 V高压产品采用真正的常闭单片双向开关，具有四种工作模式。通过使用一个BDS代替四个传统晶体管，可提高效率、密度和可靠性，使应用能够从中受益并大幅节约成本。在替代单相H4 PFC、HERIC逆变器，和三相维也纳整流器中的背对背开关时，该系列器件能够优化性能，而且还可用于交流/直流或直流/交流拓扑结构中的单级交流电源转换等。 40 V的产品是一款基于英飞凌肖特基栅极氮化镓自主技术的常闭单片双向开关。它能阻断两个方向的电压，并且通过单栅极共源极的设计进行了优化，以取代电池供电消费产品中用作断开开关的背对背 MOSFET。相比背对背硅FET，使用40 V GaN BDS的优点包括节省50% - 75%的PCB面积、降低50%以上的功率损耗，以及减少成本。 纳微半导体今年3月推出了全球首款量产级650V双向GaNFast氮化镓功率芯片及高速隔离型栅极驱动器。纳微表示，双向GaNFast氮化镓技术将传统高压功率变换器的两级拓扑整合为单级高频高效架构，彻底消除电容与输入电感，成为电动汽车OBC等场景的终极解决方案。一家领先的电动汽车及光伏微逆制造商已开始采用单级BDS变换器以提升其系统效率、缩小尺寸并降低成本。搭载GaNFast的单级变换器可实现高达10%的降本、20%的节能以及50%的体积缩减。 首批650V双向GaNFast氮化镓功率芯片包括料号为NV6427（典型导通电阻为100 mΩ）和NV6428（典型导通电阻为50 mΩ）的两款产品，采用顶部散热的TOLT-16L（晶体管外形引脚顶部冷却）封装。未来该产品系列将扩增更低导通电阻的型号。