Renesas ra mắt công tắc GaN hai chiều 650 V đầu tiên trên thế giới — thay thế hai transistor bằng một linh kiện duy nhất 110 mΩ

Theo ChargedEVs, Renesas vừa công bố sản phẩm được đánh giá là công tắc GaN (gallium nitride) hai chiều cấp điện áp 650 V đầu tiên trong ngành công nghiệp bán dẫn, mang tên TP65B110HRU. Linh kiện này tích hợp khả năng chặn dòng DC (DC blocking) và có thể thay thế hoàn toàn cấu hình hai transistor hiệu ứng trường (FET — Field-Effect Transistor) mắc ngược chiều nhau bằng một thiết bị duy nhất, mở ra bước tiến lớn cho các ứng dụng chuyển đổi điện năng trong bộ sạc xe điện trên xe (onboard EV charger), bộ vi biến tần năng lượng mặt trời và trung tâm dữ liệu AI.

Thông số kỹ thuật nổi bật

TP65B110HRU sở hữu hàng loạt thông số ấn tượng, cho phép hoạt động liên tục ở điện áp AC/DC lên đến ±650 V và chịu được điện áp quá độ (transient) tới ±800 V. Điện trở dẫn (on-resistance) đạt mức 110 mΩ điển hình tại 25°C — một con số rất cạnh tranh cho phân khúc công suất này.

Về cấu trúc bên trong, linh kiện kết hợp một chip GaN hai chiều kiểu nghèo hạt tải (depletion-mode) điện áp cao với hai MOSFET silicon điện áp thấp trong cùng một gói linh kiện (co-packaged). Điểm đặc biệt là thiết bị không yêu cầu nguồn điều khiển cổng âm (negative gate drive), nghĩa là nó tương thích hoàn toàn với các bộ điều khiển cổng (gate driver) tiêu chuẩn hiện có trên thị trường — giúp kỹ sư thiết kế tiết kiệm đáng kể thời gian và chi phí phát triển.

Các thông số bổ sung bao gồm điện áp ngưỡng (threshold voltage) 3 V, điện áp cổng-nguồn (gate-source voltage) tối đa ±20 V, và khả năng chịu tốc độ thay đổi điện áp (dv/dt immunity) vượt 100 V/ns. Linh kiện được đóng gói trong vỏ TOLT làm mát mặt trên (top-side-cooled) với sơ đồ chân theo chuẩn công nghiệp.

Hiệu suất vượt trội trong thực tế

Trong thử nghiệm thực tế với bộ vi biến tần năng lượng mặt trời một tầng (single-stage solar microinverter), Renesas đạt được hiệu suất chuyển đổi trên 97,5%. Thiết kế này loại bỏ hoàn toàn tụ điện liên kết DC trung gian (DC-link capacitor) — vốn là một trong những linh kiện cồng kềnh và có tuổi thọ hạn chế nhất trong mạch điện tử công suất.

Đáng chú ý, nhờ khả năng thay thế cấu hình FET mắc ngược, TP65B110HRU giúp giảm khoảng 50% số lượng linh kiện chuyển mạch trong mạch, đồng nghĩa với diện tích bo mạch (PCB) nhỏ hơn và chi phí hệ thống thấp hơn đáng kể.

Ông Rohan Samsi, Phó Chủ tịch Renesas, cho biết: "Khách hàng giờ đây có thể đạt hiệu suất cao hơn với ít linh kiện chuyển mạch hơn, diện tích PCB nhỏ hơn và chi phí hệ thống thấp hơn" so với các giải pháp GaN hai chiều kiểu giàu hạt tải (enhancement-mode) vốn đòi hỏi sơ đồ điều khiển cổng phức tạp hơn nhiều.

Ý nghĩa với thị trường Việt Nam

Đối với thị trường xe điện Việt Nam đang phát triển nhanh chóng, công nghệ GaN hai chiều như TP65B110HRU mang đến nhiều hàm ý quan trọng. Bộ sạc trên xe (onboard charger) là thành phần không thể thiếu trên mọi chiếc xe điện, từ các mẫu xe của VinFast đến các thương hiệu quốc tế đang gia nhập thị trường Việt Nam. Việc giảm 50% số linh kiện chuyển mạch và nâng hiệu suất có thể giúp hạ giá thành sản xuất bộ sạc, từ đó góp phần kéo giảm giá xe điện — yếu tố then chốt để thúc đẩy tỷ lệ chấp nhận xe điện tại Việt Nam.

Bên cạnh đó, với tiềm năng ứng dụng trong bộ biến tần năng lượng mặt trời, công nghệ này còn hỗ trợ xu hướng kết hợp điện mặt trời áp mái với trạm sạc xe điện tại nhà — mô hình đang ngày càng phổ biến tại Việt Nam. Hiệu suất chuyển đổi trên 97,5% đồng nghĩa với việc lãng phí năng lượng ít hơn, giúp chủ xe tối ưu hóa chi phí vận hành khi sạc xe từ nguồn năng lượng tái tạo.

Với hệ thống trạm sạc xe điện đang được mở rộng trên khắp cả nước, những cải tiến về hiệu suất và chi phí ở cấp độ linh kiện như thế này sẽ dần phản ánh vào chất lượng và giá thành của cả xe lẫn hạ tầng sạc trong tương lai gần.

Tổng kết

TP65B110HRU của Renesas đánh dấu một bước tiến quan trọng trong công nghệ bán dẫn GaN ứng dụng cho xe điện và năng lượng tái tạo. Bằng cách thay thế hai transistor bằng một linh kiện duy nhất với hiệu suất vượt trội, Renesas không chỉ đơn giản hóa thiết kế mạch mà còn mở đường cho các thế hệ bộ sạc xe điện nhỏ gọn hơn, hiệu quả hơn và giá thành hợp lý hơn — điều mà cả ngành công nghiệp xe điện toàn cầu lẫn thị trường Việt Nam đều đang rất cần.

Nguồn: ChargedEVs