繼電器是一種機(jī)電設(shè)備，在實(shí)際應(yīng)用中存在一些挑戰(zhàn)。其中一個(gè)主要挑戰(zhàn)是兩個(gè)開關(guān)觸點(diǎn)之間的電弧，這是一種由觸點(diǎn)兩端的電壓引起的放電，并由流過觸點(diǎn)的電流維持。如果觸點(diǎn)焊接在一起，電弧會(huì)縮短使用壽命，甚至在最壞的情況下導(dǎo)致?lián)p壞。繼電器供應(yīng)商有多種解決方案來克服這個(gè)問題，例如在負(fù)載兩端使用電容器、充氣室等。高壓直流繼電器的溫度范圍通常限制在 -40°C 至 85°C 之間，開關(guān)速度在幾十毫秒的范圍內(nèi)。
　　繼電器的替代品是雙向固態(tài)半導(dǎo)體開關(guān)，如下所述。本文主要針對(duì)主承包商，注意輔助電路也需要這些開關(guān)。
　　實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體作為繼電器替代品的方法是將兩個(gè)晶體管反向串聯(lián)，以阻斷兩個(gè)方向的電流（見下圖 2），并使用 n 通道 MOSFET。或者，通?？梢允褂萌魏纹渌愋偷?FET。VisIC 的核心競(jìng)爭(zhēng)力在于直接驅(qū)動(dòng)配置中的寬帶隙氮化鎵(GaN) FET，因此建議將它們用于 HV-BDS。
　　BDS 中使用的 FET 有哪些要求？在正常運(yùn)行期間，開關(guān)始終處于開啟狀態(tài)，因此 RDS on是決定傳導(dǎo)損耗 (P con =I?*RDS on ) 的主要參數(shù)?？梢酝ㄟ^技術(shù)本身以及多個(gè)芯片的并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)所需的最小值。并聯(lián)對(duì)于正確的電流共享至關(guān)重要，必須保證這一點(diǎn)。除其他參數(shù)外，它在很大程度上取決于具有對(duì)稱雜散電感的完美印刷電路布局。耗盡型 GaN FET 提供約 1500 cm?/V*s 的高電子遷移率，來自二維電子氣 (2DEG)，并具有出色的可靠性。　　為什么 GaN 器件是 HV-BDS 的合適候選者Baliga (2016) 表示：“...預(yù)測(cè)的 0.4mohm/cm? 特定導(dǎo)通電阻比傳統(tǒng)硅器件的理想特定導(dǎo)通電阻小 180 倍”。商用器件目前還沒有達(dá)到這一預(yù)測(cè)值，但即使電阻翻倍，也比硅開關(guān)小 90 倍。因此，GaN 晶體管可以做得更小，以實(shí)現(xiàn)相同的 RDS，或者在相同尺寸下具有更小的電阻，非常適合電池?cái)嗦烽_關(guān)。VisIC 的直接驅(qū)動(dòng)配置（如圖 3 所示）顯示了如何控制 GaN 器件，與市場(chǎng)上的其他解決方案相比，它具有多種優(yōu)勢(shì)，例如無反向恢復(fù)損耗、可靠性提高等。

　　圖 2. 框圖。圖片由 Bodo's Power Systems  

提供圖 3.直接驅(qū)動(dòng) GaN。圖片由Bodo's Power Systems 提供  

　　氮化鎵面臨的挑戰(zhàn)
　　氮化鎵在此應(yīng)用中面臨哪些挑戰(zhàn)？橫向 GaN FET 不具備任何雪崩擊穿容差 (Baliga)。因此，VisIC 開關(guān)具有足夠高的擊穿電壓裕度。額定電壓為 650 V 的器件具有高于 1600 V 的靜態(tài)阻斷電壓，可提供對(duì)浪涌和過壓的耐受性，經(jīng) Q. Song 等人 (2022) 在弗吉尼亞理工大學(xué)測(cè)試。動(dòng)態(tài)擊穿電壓甚至超過 2 kV。在短路事件中，器件必須承受流過通道的高電流。Song 表明，VisIC 的 22 mOhm 器件可以處理 5 微秒內(nèi)的重復(fù) 358A。除了這種技術(shù)解決方案之外，還可以實(shí)施分立方法來保護(hù) FET 在 100 ns 內(nèi)的短路事件中。詳細(xì)說明可以在短路保護(hù)應(yīng)用說明 APN-01650- 0003 Rev1.0 中找到。