日本半導(dǎo)體巨頭瑞薩電子（Renesas）近日正式宣布，其首款高耐壓650V級雙向開關(guān)芯片"TP65B110HRU"開始量產(chǎn)出貨。這款產(chǎn)品在電力電子領(lǐng)域具有里程碑意義，它通過內(nèi)置DC阻斷功能的雙向GaN技術(shù)，能夠以單一器件實(shí)現(xiàn)正負(fù)雙向電流的阻斷，為光伏微逆變器、AI數(shù)據(jù)中心電源及車載充電機(jī)（OBC）等應(yīng)用場景提供了革命性的解決方案。

在當(dāng)前的電力轉(zhuǎn)換電路中，硅（Si）或碳化硅（SiC）等單方向開關(guān)是主流選擇。由于這些器件在關(guān)斷狀態(tài)下僅能阻斷單向電流，電力轉(zhuǎn)換往往需要分多段進(jìn)行，導(dǎo)致電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。以光伏微逆變器為例，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)通常采用兩級結(jié)構(gòu)：第一級進(jìn)行DC/DC轉(zhuǎn)換，第二級輸出AC。雖然業(yè)界正努力向單級轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)型以提升效率，但工程師不得不面對單方向開關(guān)帶來的限制。若采用傳統(tǒng)的“背靠背”配置，開關(guān)數(shù)量會(huì)成倍增加，不僅占用空間，還導(dǎo)致系統(tǒng)效率下降。

瑞薩推出的這款雙向GaN開關(guān)從根本上解決了上述痛點(diǎn)。通過將DC阻斷功能集成在單個(gè)GaN器件中，工程師可以用更少的開關(guān)數(shù)量實(shí)現(xiàn)單拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在光伏微逆變器應(yīng)用中，僅需兩個(gè)雙向GaN開關(guān)即可構(gòu)建完整電路，相比傳統(tǒng)方案開關(guān)數(shù)量減少一半，且無需中間DC鏈路電容。得益于GaN材料低柵極電荷、高速開關(guān)的特性，該方案不僅能實(shí)現(xiàn)高開關(guān)頻率和高功率密度，實(shí)測單級光伏微逆變器效率更是超過了97.5%。

除了性能突破，該產(chǎn)品的易用性同樣出色。瑞薩利用其獨(dú)有的SuperGaN技術(shù)，將高耐壓的雙向D-mode GaN芯片與低耐壓的Si MOSFET串聯(lián)，形成獨(dú)特的共源共柵結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計(jì)使得芯片具備高達(dá)3V的閾值電壓和±20V的柵極耐壓，無需負(fù)偏置電壓即可驅(qū)動(dòng)。這意味著用戶可以直接使用標(biāo)準(zhǔn)的柵極驅(qū)動(dòng)器，無需復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，從而降低了系統(tǒng)成本和設(shè)計(jì)門檻。無論是在需要硬開關(guān)的Vienna整流器拓?fù)渲校€是在軟開關(guān)應(yīng)用中，該器件都能憑借超過100V/ns的dv/dt耐受能力，有效抑制開關(guān)過程中的振鈴現(xiàn)象，確保高速且穩(wěn)定的運(yùn)行。

瑞薩電子GaN事業(yè)部副總裁Rohan Samsi表示，SuperGaN技術(shù)向雙向GaN平臺的擴(kuò)展將徹底改變電力轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)認(rèn)知。用戶不僅能以更少的元件、更小的板級面積和更低的成本實(shí)現(xiàn)高效率，還能通過與瑞薩柵極驅(qū)動(dòng)器、控制器及電源管理IC的系統(tǒng)級整合，大幅縮短研發(fā)周期。目前，瑞薩已針對500W光伏微逆變器和三相Vienna整流器系統(tǒng)推出了成熟的“獲勝組合”解決方案，幫助工程師降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)并加速產(chǎn)品上市。

日本作為全球功率半導(dǎo)體技術(shù)的重要高地，在GaN（氮化鎵）等第三代半導(dǎo)體材料的研發(fā)與應(yīng)用上始終走在列。面對AI數(shù)據(jù)中心對高密度電源的迫切需求，以及全球碳中和背景下光伏產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)式增長，日本企業(yè)正通過技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)電力電子架構(gòu)的極簡化和高效化。瑞薩此次推出的雙向開關(guān)，正是順應(yīng)了這一趨勢，通過架構(gòu)創(chuàng)新解決行業(yè)痛點(diǎn)，展現(xiàn)了日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在高端功率器件領(lǐng)域的深厚積淀。

對于中國電力電子行業(yè)而言，這一技術(shù)突破意味著設(shè)計(jì)思路的革新。當(dāng)單一器件即可替代復(fù)雜的“背靠背”電路時(shí)，工程師的注意力可以從繁瑣的拓?fù)淦ヅ滢D(zhuǎn)向系統(tǒng)整體優(yōu)化。中國企業(yè)在光伏、儲能及新能源汽車領(lǐng)域擁有龐大的制造與應(yīng)用場景，若能及時(shí)跟進(jìn)此類新型器件的應(yīng)用，將有助于在下一代高效電源系統(tǒng)中搶占先機(jī)，通過簡化BOM（物料清單）直接提升產(chǎn)品的成本競爭力與可靠性。