双向GaN开关实现单级转换

瑞萨电子推出基于耗尽型氮化镓（GaN）技术的双向开关TP65B110HRU，可在单一器件中实现正负电流阻断，面向微型逆变器、数据中心及车载充电应用。

传统功率转换拓扑的设计限制
在现有高功率电源系统中，硅或碳化硅（SiC）开关通常仅支持单向电流阻断。因此，在交流/直流或直流/交流转换过程中，需要通过多级拓扑结构与多个开关器件实现能量转换。

以太阳能微型逆变器为例，传统方案通常采用四开关全桥进行DC-DC转换，再通过第二级实现交流输出。这种多级结构增加了元件数量、系统复杂度以及能量损耗，同时限制了功率密度的提升。

双向GaN器件与单级拓扑
TP65B110HRU通过在单一器件中实现双向阻断能力，使单级功率转换成为可行方案。在典型应用中，设计人员无需采用背靠背开关结构，从而减少开关数量并简化电路。

在太阳能微型逆变器中，采用该类双向GaN器件可将开关数量显著减少，并省去中间直流链路电容。在实际单级拓扑中，该架构的转换效率可超过97.5%。

器件结构与驱动兼容性
该器件基于瑞萨SuperGaN^®耗尽型（d-mode）技术，并将高压GaN芯片与两颗低压硅MOSFET进行集成封装。这些低压MOSFET具备约3 V的阈值电压和±20 V的栅极耐压范围，并集成体二极管，用于支持反向导通。

与增强型GaN方案相比，该设计无需负栅极偏置，可直接兼容标准硅基栅极驱动器，从而简化驱动电路并降低系统成本。

开关性能与高频特性
TP65B110HRU具备高速开关能力和低存储电荷特性，可支持更高开关频率与更高功率密度。其dv/dt抗扰度超过100 V/ns，有助于在硬开关和软开关工况下减少振铃并缩短开关延迟。

该性能对于维也纳整流器等高频电源拓扑尤为关键，可提升系统稳定性与电磁兼容表现。

关键电气参数
该器件的主要参数包括：

器件采用TOLT顶部散热封装，有助于优化热管理并适配高功率密度设计。

应用领域
该双向GaN开关适用于单级太阳能微型逆变器、AI数据中心电源以及电动汽车车载充电器等场景。这些应用通常需要高效率、小型化和高可靠性的电源转换方案。

对电源系统设计的意义
通过在单一器件中实现双向电流控制，TP65B110HRU为电源拓扑简化提供了新的实现路径。该技术可减少开关器件数量、降低系统复杂度，并提升整体效率与功率密度，为高功率电源设计向单级结构演进提供支持。

展示信息
瑞萨电子计划在2026年3月22日至26日于美国得克萨斯州圣安东尼奥举行的APEC 2026上展示该器件及相关电源解决方案，展位号为1219。

由 Induportals 编辑 Romila DSilva 编辑，在 AI 协助下完成。