世界中で電力需要がかつてないほど急増する中、設計者は、パーソナルデバイス、AIインフラ、太陽光発電、バッテリシステム、モータ、自動車など、幅広い分野において、より小型のシステムで、より高い出力と高い効率を実現するという課題に絶えず直面しています。 優れた半導体特性を備えた窒化ガリウム（GaN）は、これまでにない高速かつ小型のパワースイッチの登場を原動力として、パワーエレクトロニクス分野に真のルネサンスをもたらし、革命を牽引しています。
高電圧GaN双方向スイッチ（BDS）は、単一のデバイス内で双方向の電流導通と遮断を可能にすることで、より高効率でコンパクト、かつコスト効率に優れた電力変換器の実現を可能にします。 これらのスイッチは、革新的な単段式電力変換トポロジに対応しており、AIデータセンターインフラ、太陽光発電用マイクロインバータ、バッテリシステム、自動車用車載充電器などのアプリケーションにおいて、部品点数を削減し、効率を向上させます。
単段式電力変換
ルネサスのGaN BDSを採用することで、設計者は従来の電解DCリンクコンデンサを備えた2段式AC/DCコンバータを排除でき、部品点数の削減、軽量化、および高効率化を実現する単段式トポロジが可能になります。 これらのトポロジは双方向の電力流れに対応しており、AC/DC変換とDC/ACインバータの両方に有用です。 また、これらのデバイスは、Vienna整流器などの非絶縁型マルチレベルT型中性点クランプ（T-NPC）トポロジを実現します。これらは導通損失が低く、三相AIインフラやモータ駆動に適しており、双方向電流の流れとEMIの低減を実現します。
ルネサスのTP65B110HRU（650V、110mΩ、高電圧GaN双方向スイッチ）は、1つのデバイスで正方向および負方向の電流を遮断するため、従来の単方向シリコンやSiCスイッチと比較して、部品点数を削減し、高効率な単段式電力変換を実現します。 これにより、スイッチの数を削減し、太陽光発電用マイクロインバータにおける中間DCリンク用コンデンサを不要にすることで、カリフォルニア州エネルギー委員会（CEC）の基準に基づき、97.5%を超える電力効率を実現しています。
これらの革新的なDモードGaN BDS製品は、650Vの連続定格電圧、低オン抵抗、シリコンMOSFETを内蔵したトップサイド冷却型表面実装パッケージを特徴とし、標準的なゲートドライバとの互換性を備えています。 設計者にとって、DモードGaNデバイスの駆動は、標準的なドライバとシンプルなゲート抵抗を用いるだけで、シリコンMOSFETの駆動と同じくらい簡単です。 これは、追加の部品が必要となり、基板スペースの増加に加え、部品コストや駆動損失の増加を招くEモードGaNとは、大きな対照をなしています。
GaN BDSは、クリーンな波形と高いスイッチング速度、そして高い効率（太陽光発電用マイクロインバータでは最大97.5%）を実現しています。 これらはJEDEC規格およびAC・DCバイアス試験を含むGaN特有の信頼性規格に準拠しており、産業用および自動車用アプリケーションにおける高い信頼性を確保しています。 性能試験および認定に関する詳細は、評価ボードのユーザーマニュアルおよびGaN BDS技術に関するホワイトペーパーをご覧ください。
GaN BDS評価ボードを使用して、新しいスイッチを実際に評価し、さまざまな駆動オプションのテスト、ACゼロクロス検出、およびZVSソフトスイッチングの実装を行ってください。 また、GaN BDSと互換性のある他の部品を組み合わせたシステムレベルのソリューションも開発しました。これにより、最適化された低リスクな設計を実現し、500Wの太陽光発電用マイクロインバータ、3.6kWの力率改善（PFC）用Vienna整流器、および各種単段式スマート家電など、幅広いパワーエレクトロニクス用途における市場投入までの期間を短縮します。
TP65B110HRU GaN双方向スイッチと、高効率電力システムにおけるその用途について詳しくご紹介いたします。また、この技術のアーキテクチャ設計や導入メリットに関する詳細については、当社のホワイトペーパーをご覧ください。
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ニュース 2026年3月23日 |