- DCブロッキング機能を内蔵した双方向GaN技術により、電力変換トポロジーを簡素化かつ部品点数を大幅に削減
- 標準的なゲートドライバで駆動可能
- ソフトスイッチングとハードスイッチングの両方に対応し、高速かつ安定したスイッチング動作を実現
ルネサス エレクトロニクス株式会社（以下ルネサス）は、本日、ルネサス初の高耐圧650Vクラスの双方向スイッチ「TP65B110HRU」を発売、量産出荷を開始しました。本製品は、DCブロッキング機能を内蔵したことにより、単一デバイスで正負両方向の電流を遮断することが可能です。バック・トゥー・バック構成で2個のFETを使用していた箇所に1個の双方向GaNを置き換えることで、太陽光マイクロインバータやAIデータセンター、車載オンボードチャージャー（OBC）の電力変換回路設計の簡素化に貢献します。さらに、高耐圧のD-mode GaNと低耐圧のSi MOSFETを直列に接続したカスコード構造を持つルネサス独自のSuperGaN技術を活用しているため、高速スイッチングかつ低損失を実現しながら、標準的なゲートドライバで容易に駆動可能です。
シングルトポロジーによる効率向上と、部品点数の削減
現在の高電力変換回路では、オフ状態で一方向の電流しか遮断できないシリコン（Si）や炭化ケイ素（SiC）の単方向スイッチが一般的に使用されています。そのため、電力変換は複数段に分割され、複数のスイッチングブリッジ回路が必要となります。例えば、一般的な太陽光マイクロインバータでは、第1段で4スイッチ構成のフルブリッジ回路によるDC/DC変換を行い、第2段で最終的なACを出力します。電力変換の高効率化に向けて単段コンバータへの移行が進む一方で、エンジニアはスイッチングデバイス固有の制約に対応する必要があります。現在の多くの単段設計では、単方向スイッチをバック・トゥー・バック構成で使用するため、スイッチ数が4倍に増加し、効率も低下します。
双方向GaNは、この課題を根本的に解決します。DCブロッキング機能を単一のGaNデバイスに集積することで、より少ないスイッチ数でシングルトポロジーが可能になります。例えば、太陽光マイクロインバータに新製品を使用した場合、双方向GaNスイッチ2個のみで回路を構成できるため、スイッチ数を従来比で半減でき、2段構成で必要となる中間のDCリンク用コンデンサも不要となります。さらに、GaNはゲート電荷が少なく高速にスイッチングできるため、高いスイッチング周波数と高電力密度を実現できます。実際の単段太陽光マイクロインバータの実装例では、新製品の双方向GaNスイッチを用いることで、バック・トゥー・バック構成や低速なシリコンスイッチを使用しない構成が可能になり、97.5％を超える電力変換効率を確認しました。
標準的なゲートドライバで駆動可能かつ高性能と高信頼性を両立
ルネサスの650VクラスのSuperGaN製品は、駆動が容易で高い堅牢性を備えた独自のノーマリーオフ技術を採用しています。新製品もこの技術を継承し、高耐圧の双方向D-mode GaNチップと、高いしきい値電圧（3V）と高いゲート耐圧（±20V）を備え、効率的な逆方向導通を可能にするボディダイオードを有する2つの低耐圧Si MOSFETを同一パッケージに収めています。これにより、E-modeの双方向GaNデバイスと比較して、本製品は負のゲートバイアスを必要とせず標準的なゲートドライバと高い互換性がある点が特長です。その結果ゲート駆動回路を簡素化・低コスト化できるとともに、ソフトスイッチングおよびハードスイッチングの両動作において、性能を損なうことなく高速かつ安定したスイッチングを実現します。Vienna整流器のようにハードスイッチングを必要とする電力変換トポロジーにおいても、100V/nsを超える高dv/dt耐性により、オン/オフ遷移時のリンギングを最小限に抑え、遅延も短縮できます。ルネサスのGaNデバイスは、高い堅牢性と性能、そして使いやすさを兼ね備えた真の双方向スイッチングを可能にします。
ルネサスのGaN事業部、ヴァイスプレジデントのRohan Samsiは、次のように述べています。「当社のSuperGaN技術の双方向GaNプラットフォームへの拡張によって、電力変換設計の常識は大きく変わります。ユーザは、より少ないスイッチ部品、より小さな基板面積、より低いシステムコストで高効率を実現できるようになります。同時に、ルネサスのゲートドライバ、コントローラ、電源管理ICとシステムレベルの統合を行うことにより、設計を迅速化できます。」
TP65B110HRUの主な特長：
- 連続ピーク定格電圧：±650V(AC/DC)、過渡定格電圧：±800V
- ESD耐量：2kV（HBM/CDM）
- RSS,ON(typ)@25℃：110mΩ
- Vgs(th)(typ)：3V
- 負バイアス不要
- Vgs(max)：±20V
- dv/dt耐量：100V/ns超
- VSS,FW(freewheeling diode voltage-drop)：1.8V
- TOLT上面冷却パッケージ
なお、ルネサスは新製品をはじめとする最新のソリューションを、2026年3月22日～26日に米テキサス州サンアントニオで開催される「Applied Power Electronics Conference（APEC）」の当社ブース（1219）に展示する予定です。
新製品「TP65B110HRU」および、さまざまな駆動方式の評価、ACゼロクロス検出、ZVSソフトスイッチングの実装が可能な評価キット「RTDACHB0000RS-MS-1」の詳細は各Webサイトをご覧ください。
ウィニング・コンビネーション
ルネサスは、新しい双方向GaNスイッチとルネサスのデバイスを組み合わせた、500W太陽光マイクロインバータソリューションおよび三相Vienna整流器システムソリューションを提供しています。ルネサスのウィニング・コンビネーションは、ルネサス製品を最適に組み合わせてエンジニアによる設計検証を行っているため、ユーザの設計のリスクを低減し、市場投入までの時間を短縮します。他にも、さまざまなアプリケーション向けに400種類以上のウィニング・コンビネーションを提供しています。詳しくは、こちらをご覧ください。www.renesas.com/win
ルネサスのパワー製品について
ルネサスは、年間40億個以上のパワー製品を出荷しており、品質、信頼性、革新性などでパワーエレクトロニクス分野をリードしています。車載、IoT、インフラ、産業分野向けに、パワーマネジメントIC、ディスクリート製品、ワイドバンドギャップGaN製品、コンピューティングパワー製品などを提供しています。これらを当社のマイコンやMPU、SoC、アナログ製品などと組み合わせ、エンジニアによる設計検証を行った何百種類ものウィニング・コンビネーションや、PowerCompass™、PowerNavigator™などの革新的な設計ツールを通じて設計の簡素化と開発期間を短縮します。詳しくは、こちらをご覧ください。renesas.com/power
以 上
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