继电器是一种机电设备，在实际应用中存在一些挑战。其中一个主要挑战是两个开关触点之间的电弧，这是一种由触点两端的电压引起的放电，并由流过触点的电流维持。如果触点焊接在一起，电弧会缩短使用寿命，甚至在最坏的情况下导致损坏。继电器供应商有多种解决方案来克服这个问题，例如在负载两端使用电容器、充气室等。高压直流继电器的温度范围通常限制在 -40°C 至 85°C 之间，开关速度在几十毫秒的范围内。
　　继电器的替代品是双向固态半导体开关，如下所述。本文主要针对主承包商，注意辅助电路也需要这些开关。
　　实现半导体作为继电器替代品的方法是将两个晶体管反向串联，以阻断两个方向的电流（见下图 2），并使用 n 通道 MOSFET。或者，通常可以使用任何其他类型的 FET。VisIC 的核心竞争力在于直接驱动配置中的宽带隙氮化镓(GaN) FET，因此建议将它们用于 HV-BDS。
　　BDS 中使用的 FET 有哪些要求？在正常运行期间，开关始终处于开启状态，因此 RDS on是决定传导损耗 (P con =I?*RDS on ) 的主要参数。可以通过技术本身以及多个芯片的并联来实现所需的最小值。并联对于正确的电流共享至关重要，必须保证这一点。除其他参数外，它在很大程度上取决于具有对称杂散电感的完美印刷电路布局。耗尽型 GaN FET 提供约 1500 cm?/V*s 的高电子迁移率，来自二维电子气 (2DEG)，并具有出色的可靠性。

　　为什么 GaN 器件是 HV-BDS 的合适候选者Baliga (2016) 表示：“...预测的 0.4mohm/cm? 特定导通电阻比传统硅器件的理想特定导通电阻小 180 倍”。商用器件目前还没有达到这一预测值，但即使电阻翻倍，也比硅开关小 90 倍。因此，GaN 晶体管可以做得更小，以实现相同的 RDS，或者在相同尺寸下具有更小的电阻，非常适合电池断路开关。VisIC 的直接驱动配置（如图 3 所示）显示了如何控制 GaN 器件，与市场上的其他解决方案相比，它具有多种优势，例如无反向恢复损耗、可靠性提高等。

　　图 2. 框图。图片由 Bodo's Power Systems  

提供图 3.直接驱动 GaN。图片由Bodo's Power Systems 提供  

　　氮化镓面临的挑战
　　氮化镓在此应用中面临哪些挑战？横向 GaN FET 不具备任何雪崩击穿容差 (Baliga)。因此，VisIC 开关具有足够高的击穿电压裕度。额定电压为 650 V 的器件具有高于 1600 V 的静态阻断电压，可提供对浪涌和过压的耐受性，经 Q. Song 等人 (2022) 在弗吉尼亚理工大学测试。动态击穿电压甚至超过 2 kV。在短路事件中，器件必须承受流过通道的高电流。Song 表明，VisIC 的 22 mOhm 器件可以处理 5 微秒内的重复 358A。除了这种技术解决方案之外，还可以实施分立方法来保护 FET 在 100 ns 内的短路事件中。详细说明可以在短路保护应用说明 APN-01650- 0003 Rev1.0 中找到。