1. 前言

長期以來，器件工程師都在追求一種可雙向導通且雙向耐壓的開關元件，該類器件在AC/DC、DC/AC及AC/AC變換的應用場景中廣泛應用。典型拓撲有雙開關有源橋拓撲、Cyclo-converter、Vienna整流器、Matrix Converter等，此類拓撲在數據中心、光伏微逆、車載充電器 （OBC）及電機驅動中有著巨大的應用前景。

基于傳統的Si或SiC MOSFET，若要實現“雙向阻斷 + 雙向導通”功能，電源工程師需使用兩個分立的“背靠背”Si或SiC開關器件串聯形成，這會導致串聯后導通電阻翻倍，且多個封裝體會占用更多的PCB面積。

2. 單片式高壓GaN雙向器件（MBDS）

目前GaN器件在消費和工業類市場中都得到了廣泛應用，正朝著汽車電子領域進軍。得益于GaN的橫向器件結構和無體二極管特性，使用GaN工藝制造平臺，無需工藝調整和MASK變動，通過合并漂移區和漏極以及雙柵控制，即可實現單片集成式的氮化鎵雙向器件（Monolithic Bi-DirectionalSwitch, MBDS），從而有效降低芯片面積和成本。GaN 的雙向器件極具性能和成本優勢（相較于Si/SiC解決方案，使用GaNBDS方案的系統具備更少的元件數量、更小的占板面積以及更有競爭力的系統成本）。

雙向器件也存在關鍵技術問題需要解決：單片集成的GaN-on-Si雙向器件在開關過程中，S1-S2的電壓VS1-S2極性會交替變化，襯底電壓需要進行控制來使之跟隨最低的源極端口，避免因襯底感應電位導致的器件導通電阻變大問題。

3. 云鎵發布高壓GaN MBDS

云鎵半導體發布共漏式單片集成氮化鎵雙向器件（CGC5011），系國內首顆高壓氮化鎵雙向器件。CGC5011是一款650V 耐壓，典型內阻60mΩ的單片式雙向器件。CGC5011內部集成了襯底電位控制 GaNIC，在開關過程中能夠將襯底電位同步切換到最低電壓的源極端口，保證器件動態電阻穩定。同時CGC5011采用了頂部散熱的TOLT（TO-Leadedtop-side cooling）封裝形式以滿足大功率應用需求。

4. 系統驗證

使用雙脈沖電路對云鎵GaN BDS 產品CGC5011進行動態特性驗證，在400V/18A硬開關下，CGC5011動態電阻穩定。

同時CGC5011在AC源開關電路對進行功能驗證，器件功能正常，表現穩定。

云鎵雙向器件助力GaN器件在工業電源和汽車電源領域的推廣，充分發揮GaN器件性能優勢，提高系統功率密度，降低系統成本，同時使系統輕量化，小型化。