電動(dòng)汽車使用 400 和 800 V 電池，標(biāo)稱電流超過 200 安培，如果這種高電壓和電流連接到底盤或汽車的任何導(dǎo)電部分，這可能是致命的。為了防止這種情況發(fā)生，制造商使用高壓和大電流直流接觸器繼電器，將電池正負(fù)軌與高壓板網(wǎng)絡(luò)斷開，如圖 1 所示。

圖 1.電池?cái)嗦烽_關(guān)。圖片由 Bodo's Power Systems 提供

如果繼電器用于為與逆變器并聯(lián)的直流 （DC） 母線電容器充電，則需要預(yù)充電電路，該電容器的浪涌電流取決于其尺寸、電壓和時(shí)間瞬變。該電路首先閉合，并在接近直流母線電壓后打開。如果使用半導(dǎo)體，則不再需要這種預(yù)充電。

繼電器是機(jī)電設(shè)備，在其應(yīng)用中具有一定的挑戰(zhàn)。一個(gè)主要挑戰(zhàn)是兩個(gè)開關(guān)觸點(diǎn)之間的電弧，這是由它們兩端的電壓引起的放電，并由流經(jīng)它們的電流維持。電弧會(huì)導(dǎo)致使用壽命縮短，或者壞的情況是，如果觸點(diǎn)焊接在一起，則會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞。繼電器提供商有多種解決方案來克服這個(gè)問題，例如跨負(fù)載的電容器、充氣室等。高壓直流繼電器的溫度范圍通常限制為 -40°C 至 85°C，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。它側(cè)重于主承包商，意識(shí)到輔助電路也需要這些開關(guān)。

將半導(dǎo)體用作繼電器替代品，以便將兩個(gè)晶體管反串聯(lián)放置，以阻止兩個(gè)方向的電流（見下面的圖 2），并使用 n 溝道 MOSFET。或者，通?？梢允褂盟衅渌愋偷?FET。VisIC 的競(jìng)爭(zhēng)力是直接驅(qū)動(dòng)配置的寬帶隙氮化鎵 （GaN） FET，因此建議將其用于 HV-BDS。

BDS 中使用的 FET 有什么要求？在正常運(yùn)行期間，開關(guān)一直打開，因此 RDS上是一個(gè)主要參數(shù)，定義導(dǎo)通損耗 （PCON系列=I?*RDS上).通過技術(shù)本身和多個(gè)晶粒的并行化，可以實(shí)現(xiàn)所需的值。并聯(lián)對(duì)于適當(dāng)?shù)碾娏鞴蚕碇陵P(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 從 2 維電子氣體 （2DEG） 中提供約 1500 cm?/V*s 的高電子遷移率，并具有卓越的可靠性。

為什么 GaN 器件是 HV-BDS 的合適候選者？Baliga （2016） 說：“......預(yù)測(cè)的 0.4mOhm/cm 的比導(dǎo)通電阻比傳統(tǒng)硅器件的理想比導(dǎo)通電阻小 180 倍。商用設(shè)備目前沒有達(dá)到這個(gè)預(yù)測(cè)，但即使電阻是兩倍，它也將比硅開關(guān)小 90 倍。因此，對(duì)于相同的 RDS，GaN 晶體管可以做得更小上或者對(duì)于相同尺寸的傳感器，電阻要小得多，非常適合電池?cái)嗦烽_關(guān)。圖 3 所示的 VisIC 的直接驅(qū)動(dòng)配置展示了如何控制 GaN 器件，與市場(chǎng)上的其他解決方案相比，它產(chǎn)生了多種優(yōu)勢(shì)，例如，沒有反向恢復(fù)損耗、提高了可靠性等。

圖 2.塊原理圖。圖片由 Bodo's Power Systems 提供

圖 3.直驅(qū) GaN.圖片由 Bodo's Power Systems 提供