Международная команда учёных из США и Японии представила первый в мире силовой GaN-коммутатор на 1200 В, способный пропускать ток в обоих направлениях и имеющий встроенную защиту от перегрузки. Это решение может радикально изменить проектирование силовых систем в транспорте, энергетике и промышленности.
Зачем это важно?
Материалы на основе нитрида галлия (GaN) давно рассматриваются как альтернатива кремнию и карбиду кремния (SiC) благодаря высокой скорости переключения, компактности и энергоэффективности. Однако большинство GaN-компонентов работают только в одном направлении, требуя дополнительных схем для реализации двунаправленного тока. Новая разработка устраняет эти ограничения.
Технические особенности
● Двунаправленная проводимость: исключает необходимость в диодах Шоттки и мостовых схемах.
● Высокое напряжение пробоя: до 1200 В, что вдвое выше стандартных решений на GaN.
● Низкие потери: сопротивление открытого канала (Rds(on)) менее 50 мОм.
● Встроенная защита (OCP): устройство отключается при превышении порога тока.
● Работа при высоких температурах: до 175°C.
● Надёжность: выдерживает более 10⁸ циклов при 1000 В.
Технология реализована на 4-дюймовой подложке SiC, но совместима с GaN-on-Si производством, что упрощает переход к массовому выпуску.
Архитектура
Ключевым элементом стал вертикальный GaN-элемент с симметричной токопроводящей зоной. Использованы p-n и n-p слои, сформированные с помощью плазменного травления и осаждения барьерных структур. Это позволило реализовать двунаправленную проводимость без внешних компонентов.
Области применения
● Электромобили: в инверторах и DC-DC преобразователях.
● Зарядные станции: мощностью 100–350 кВт с меньшими потерями.
● Сетевые инверторы: для солнечных и ветровых электростанций.
● Промышленная автоматизация и робототехника: управление электродвигателями с высокой точностью.
Коммерческий интерес
Технологией уже заинтересовались Tesla, Rivian, Infineon, Texas Instruments, Siemens и ABB. Начало промышленного производства ожидается в 2026 году после завершения сертификации и тестов на электромагнитную совместимость.
Новый двунаправленный GaN-коммутатор на 1200 В — это важный шаг вперёд для силовой электроники. Он сочетает высокую производительность, компактность, надёжность и энергоэффективность, открывая путь к новому поколению «умной» силовой техники для транспорта, энергетики и промышленности.