1. 前言

長期以來，器件工程師都在追求一種可雙向?qū)?/strong>且雙向耐壓的開關(guān)元件，該類器件在AC/DC、DC/AC及AC/AC變換的應(yīng)用場景中廣泛應(yīng)用。典型拓?fù)溆须p開關(guān)有源橋拓?fù)洹yclo-converter、Vienna整流器、Matrix Converter等，此類拓?fù)湓跀?shù)據(jù)中心、光伏微逆、車載充電器 （OBC）及電機(jī)驅(qū)動中有著巨大的應(yīng)用前景。

基于傳統(tǒng)的Si或SiC MOSFET，若要實現(xiàn)“雙向阻斷 + 雙向?qū)ā惫δ埽?a target="_blank">電源工程師需使用兩個分立的“背靠背”Si或SiC開關(guān)器件串聯(lián)形成，這會導(dǎo)致串聯(lián)后導(dǎo)通電阻翻倍，且多個封裝體會占用更多的PCB面積。

2. 單片式高壓GaN雙向器件（MBDS）

目前GaN器件在消費和工業(yè)類市場中都得到了廣泛應(yīng)用，正朝著汽車電子領(lǐng)域進(jìn)軍。得益于GaN的橫向器件結(jié)構(gòu)和無體二極管特性，使用GaN工藝制造平臺，無需工藝調(diào)整和MASK變動，通過合并漂移區(qū)和漏極以及雙柵控制，即可實現(xiàn)單片集成式的氮化鎵雙向器件（Monolithic Bi-DirectionalSwitch, MBDS），從而有效降低芯片面積和成本。GaN 的雙向器件極具性能和成本優(yōu)勢（相較于Si/SiC解決方案，使用GaNBDS方案的系統(tǒng)具備更少的元件數(shù)量、更小的占板面積以及更有競爭力的系統(tǒng)成本）。

雙向器件也存在關(guān)鍵技術(shù)問題需要解決：單片集成的GaN-on-Si雙向器件在開關(guān)過程中，S1-S2的電壓VS1-S2極性會交替變化，襯底電壓需要進(jìn)行控制來使之跟隨最低的源極端口，避免因襯底感應(yīng)電位導(dǎo)致的器件導(dǎo)通電阻變大問題。

3. 云鎵發(fā)布高壓GaN MBDS

云鎵半導(dǎo)體發(fā)布共漏式單片集成氮化鎵雙向器件（CGC5011），系國內(nèi)首顆高壓氮化鎵雙向器件。CGC5011是一款650V 耐壓，典型內(nèi)阻60mΩ的單片式雙向器件。CGC5011內(nèi)部集成了襯底電位控制 GaNIC，在開關(guān)過程中能夠?qū)⒁r底電位同步切換到最低電壓的源極端口，保證器件動態(tài)電阻穩(wěn)定。同時CGC5011采用了頂部散熱的TOLT（TO-Leadedtop-side cooling）封裝形式以滿足大功率應(yīng)用需求。

4. 系統(tǒng)驗證

使用雙脈沖電路對云鎵GaN BDS 產(chǎn)品CGC5011進(jìn)行動態(tài)特性驗證，在400V/18A硬開關(guān)下，CGC5011動態(tài)電阻穩(wěn)定。

同時CGC5011在AC源開關(guān)電路對進(jìn)行功能驗證，器件功能正常，表現(xiàn)穩(wěn)定。

云鎵雙向器件助力GaN器件在工業(yè)電源和汽車電源領(lǐng)域的推廣，充分發(fā)揮GaN器件性能優(yōu)勢，提高系統(tǒng)功率密度，降低系統(tǒng)成本，同時使系統(tǒng)輕量化，小型化。