习近平"4·19讲话"蕴含国家网络治理的"五观"

氮化镓（GaN）单片双向开关正重新定义功率器件的电流控制范式。 传统功率器件（如MOSFET或IGBT）仅支持单向主动导通，反向电流需依赖体二极管或外接抗并联二极管实现第三象限传导。这种被动式反向导通不仅缺乏门极控制能力，更因二极管压降导致效率损失。为实现双向可控传导，工程师常采用背对背（B2B）拓扑级联两个器件，却因此牺牲了功率密度并增加了系统复杂度。

由于有效的州电阻（RDSON）加倍，因此需要这些设备的平行组，以使返回到使用单向开关获得的值。可以执行此类四季度操作的单片设备可以通过用单个设备替换四个活动开关来低系统大小和复杂性。 GAN在BDS中的使用可以在某些应用程序中创造进一步的优势，因为它的损失较低和比传统基于SI的设备更快地切换的能力。
让我们看一下BDS设备可以发挥关键作用的一些关键应用程序：
交流开关：在许多应用中，双向AC-AC功率流的概念非常吸引人。考虑一个太阳微型逆变器。标准方法是创建中间DC链路电压，然后将其转换为AC电压，该电压可以馈送到网格或用于消费者使用。直流链接电容器可能很大，增加了尺寸和成本。 AC-DC-AC过程涉及通过每个功率转换阶段的效率降低。另一个示例是板载充电器（OBC），其中使用AC开关可以单级隔离电源转换。大约在45年前，首次提出了一个矩阵开关。可以在交叉点的9个BDS设备连接两个三相端口，并转换电压，频率和功率因数。传统的可变频率驱动器（VFD）通常采用包括AC-DC和DC链接在内的两个阶段转换，然后是DC-AC逆变器。当使用二极管整流器时会产生谐波，并且在制动电动机制动时，无法再生供应回电源。直流链路电容器是典型的故障点，可能是笨重的。据估计，VFD在工业应用中消耗了超过60％的电能。因此，使这些驱动器更加可靠，健壮和有效，同时提高功率密度可以产生重大的积极影响，而BDS为实现这一目标提供了途径。较小的驱动器可能会与电动机集成在一起，从而在减少电缆和寄生虫方面取得了进一步的优势。
在常规AC-DC转换器中替换B2B开关：让我们考虑一下维也纳整流器的示例。这是一个简单的集成增压二极管桥，并带有添加的BTB设备，将生成的直流的中点连接回交流侧。这些BTB开关可将电流馈入输入电感器，并补偿3 rd谐波失真，从而控制输入电流形状。这种流行的整流器已用于电信电源，快速的离线电动电动汽车充电等。从本质上讲，T型转换器是维也纳新娘中的二极管替换为MOSFET等主动开关的二极管。这些三级逆变器允许双向功率流，可用于许多固态变压器（SST）应用。邪恶的逆变器在光伏（PV）应用中发现了许多用途。在这里，BDS在AC电源上创建旁路，以网格频率切换并允许反应电流流动。在这些流行的转换器设计中，用整体式gan bds替换当前的多顾问BD会产生较低设备计数的好处，而使用GAN更快的切换可以降低被动组件大小。这些三层拓扑中使用的BDS设备只需维持总直流电压的一半即可。

电流源逆变器（CSI）：带定子电流的CSI饲料感应电动机。正弦电流进入电动机可显着提高电机设计和可靠性。 CSIS中使用的大型电感器可提供固有的过载和短路保护。 CSI的需要开关可以在两个方向上阻塞电压，因此MOSFET或IGBT需要串联二极管。当使用WBG设备时，电压源逆变器（VSI）不太宽容地使用快速开关，因为开关波形中的瞬时过电压增加了EMI风险。这会强调电动机绕组和轴承。尽管CSI逆变器面临着独特的挑战，例如由于控制复杂性的增加而导致的成本更高，但它们对于高功率电动机驱动器，电飞机和HVDC传输的状态可能是的。 CSI驱动器中使用的WBG设备可以以高频切换，从而可以减小电感器尺寸。随着输出电容器形成低通滤波器，EMI风险降低。 CSI设计中已证明了GAN BDS设备2。虽然需要双向电压阻塞，但单向电流流量满足要求，因此有可能简化所需的门控。这将在下面进一步讨论。

AC固态断路器（SCCB）和电池断开：AC SCCB需要双向，可靠的过电压特性，较低的状态电阻，快速响应时间，低热电阻包装以及高电流故障清除到?S范围内。在此应用程序中，该设备通常在静态条件下运行。用单个GAN BDS的MOSFET或IGBT的机械断路器或抗系列组合替换在较低的模具和更有效的设备中具有优势。在使用甘恩（Gan Hemt）方面的一个显着好处也是没有重要的Spirito效应，在某些条件下，可以降低基于SI的设备的安全操作区域（SOA）。电池断开开关，例如在手机和笔记本电脑充电电路中。它们在过电压条件下提供断开连接，从而提供重要的保护功能。这些应用中的BDS针对非常低的州电阻（<10MΩ），通常使用合并的源，单对接方法，而不是上述其他应用中合并的排水，两栅方法。现在将更详细地描述这种合并的排水BDS设备。

gan hv-bds

在近的Infineon 2025 Wide-Bandgap开发人员论坛上，Coolgan HV BDS的校长，产品定义和概念工程师Kennith Leong博士详细描述了Infineon的GAN BDS Switch。 HV BDS开关的额定值为650 V和850 V，并基于Infineon的栅极注入晶体管（GIT）GAN技术。合并后的中央排水区连接了这些HV BDS设备中的两个大门和来源。 Infineon还计划释放MV BDS开关，该开关的额定功能为40 V - 120 V，用于静态电池断开连接的应用，这些应用程序采用了Schottky Gate Gan Hemt Technology，以两条插入，单门和常见的源设计。

图1显示了HV BDS设备的四种操作模式。当两个门都打开时，设备通过VDS-IDS参数空间的起源表现出双向传导。当只有一个门打开时，就会展示设备的二极管模式，以便偏离门设备在其源供水电势（VSD）何时超过HEMT的有效阈值电压（VTH - VGS）时有效地控制转机。在GIT设备中，这发生在<2V。当两个门都关闭时，该设备在电压下的阻塞明显大于额定设备的电压。

图1：描绘HV Coolgan BDS设备的四种操作模式（来源：Infineon Technologies）

双向设备中的重要设计考虑因素是控制底物电位。理想情况下应以电位保持，通常是设备源电压。由于这两个来源在此应用程序中可能具有不同的潜力，因此将底物与其中一个绑定到一个不对称的状态行为，同时浮动，这可能会导致反向偏置显着增加RDSON。 Infineon通过使用单片智能技术来将基板动态连接到潜力的源来解决此问题。这样可以确保近乎理想的软开关行为。
硬化和软开关下的功率损耗的比较如图2所示。此处的B2B SI和SIC MOSFET与GAN BDS进行了比较，因此净R DSON是相同的。如所见，在100 kHz开关频率下，BDS可以看到损失的显着改善。共享排水口可显着改善特定的R DSON，从而允许较低的净模层区域，从而降低开关和动态传导损失。在这些BDS设备中看到的一个重要的改进是自限制的短路行为，该设备能够通过重复的10-100?s测试，对此特征的单向gan hemts的显着改善。

　图2：与SI和SIC MOSFET背对背配置的HV Coolgan BDS设备的损耗比较（来源：Infineon Technologies）

计划在Q2 2025以25MΩ和TOLT和DSO TSC软件包中的110MΩ等级发射650 V HV BDS。计划在未来的路线图中计划进行850个V设备。 Infineon证明的一个概念可以简化上述CSI应用程序中这些设备的使用是一种混合BDS设备。在这里，（d-Mode）Hemt上通常将标准电子模式设备作为BDS结合使用。该D模式设备的栅极源路径中的cascoded LV Schottky二极管控制其行为外部，因此消除了控制此门的要求。