Renesas Electronics Corporation, leader globale nelle soluzioni avanzate a semiconduttori, amplia il proprio portafoglio GaN entrando nel mercato delle applicazioni a bassa tensione con il lancio della sua prima famiglia di transistor di potenza discreti GaN E-mode da 100 V. I nuovi dispositivi RTP100E005G1FL, RTP100E2P6G1FL, RTP100E1P8G1FL-DSC e RTP100E1P2G1FL-DSC offrono velocità di commutazione estremamente elevate e prestazioni termiche superiori, contribuendo ad aumentare l’efficienza e la densità di potenza nelle applicazioni più esigenti. Queste soluzioni sono ideali per un’ampia gamma di sistemi ad alte prestazioni, tra cui data center dedicati all’intelligenza artificiale, robot umanoidi, automazione industriale, azionamenti per motori, utensili elettrici e microinverter per impianti fotovoltaici.
I nuovi FET GaN stabiliscono nuovi riferimenti di settore in termini di Figure of Merit (FoM) sia nelle applicazioni a commutazione hard-switching sia soft-switching. Rispetto a dispositivi GaN equivalenti, offrono un miglioramento delle prestazioni che si traduce in un FoM fino al 35% migliore nelle applicazioni hard-switching e fino al 63% migliore nelle applicazioni soft-switching. Inoltre, i nuovi dispositivi GaN a bassa tensione mantengono un footprint compatibile con quello dei tradizionali componenti in silicio, consentendo una rapida integrazione nei progetti esistenti e semplificando la transizione verso la tecnologia GaN.
I convertitori di potenza impiegati negli attuali data center operano generalmente a frequenze di commutazione dell’ordine di alcune centinaia di kilohertz. Tuttavia, con la transizione dei server per l’intelligenza artificiale e delle infrastrutture industriali verso architetture di distribuzione dell’alimentazione a 800 VDC e bus di alimentazione a 48 V, molti stadi di conversione stanno evolvendo verso frequenze di commutazione dell’ordine dei megahertz. Questo approccio consente di ridurre le dimensioni dei componenti magnetici, aumentare la densità di potenza e migliorare l’efficienza complessiva del sistema.
L’impiego di dispositivi GaN a bassa tensione nelle architetture di alimentazione HVDC (High-Voltage Direct Current) a 800 V semplifica la progettazione dei sistemi di conversione di potenza, riducendo in modo significativo le dimensioni dei componenti passivi, le perdite di commutazione e i requisiti di raffreddamento. A livello di sistema, ciò si traduce in una maggiore efficienza energetica, minori esigenze di gestione termica e una riduzione sia dei consumi energetici sia dei costi della distinta base (BOM).
Ampio portafoglio GaN per una maggiore efficienza, densità di potenza e flessibilità progettuale
Basata sulla piattaforma tecnologica GaN E-mode a bassa tensione recentemente ampliata da Renesas, la nuova famiglia di transistor offre velocità di commutazione ultra-elevate tipiche della tecnologia GaN, abbinate a bassi valori di carica totale di gate (Qg) e di carica d’uscita (Qoss). Queste caratteristiche riducono al minimo la sovrapposizione tra tensione e corrente durante le commutazioni, limitando le perdite di energia a ogni ciclo di conversione nelle alimentazioni per sistemi AI, negli azionamenti motore e negli stadi di conversione DC-DC.
I dispositivi integrano inoltre una carica di recupero inverso nulla (Qrr = 0), eliminando le perdite associate al reverse recovery e consentendo guadagni immediati in termini di efficienza di commutazione. Grazie a queste caratteristiche, la nuova gamma di FET GaN permette ai progettisti di realizzare sistemi più efficienti, compatti e ad alta densità di potenza, offrendo al tempo stesso maggiore flessibilità nella progettazione delle piattaforme di alimentazione di nuova generazione.
L’elevata velocità di commutazione consente di aumentare la densità di potenza e di operare a frequenze più elevate, riducendo l’ingombro sul circuito stampato (PCB) e le dimensioni dei componenti magnetici e passivi. Allo stesso tempo, il basso valore di RDS(on) migliora l’efficienza operativa limitando le perdite di conduzione. Le configurazioni con raffreddamento dal lato inferiore (bottom-side cooling) o da entrambi i lati (dual-side cooling) offrono una maggiore capacità di dissipazione termica e una più ampia flessibilità progettuale. In funzione dei requisiti applicativi e dell’architettura di conversione della potenza adottata, i nuovi dispositivi GaN a bassa tensione possono ridurre le perdite di commutazione fino al 40-70% e consentire un incremento della densità di potenza a livello di sistema fino a due volte rispetto alle soluzioni tradizionali.
I nuovi transistor GaN sono disponibili in diversi package standard compatibili con i MOSFET, consentendo ai clienti di migrare rapidamente dai tradizionali layout basati su MOSFET al silicio e accelerare lo sviluppo di nuovi progetti senza richiedere modifiche significative al PCB.
La disponibilità di differenti opzioni di package, unita a un’ampia gamma di valori di RDS(on), compresa tra 5 mΩ e 1,2 mΩ, offre ai progettisti la flessibilità necessaria per adattare le soluzioni a diversi livelli di potenza e applicazioni. La nuova famiglia di dispositivi è particolarmente indicata per applicazioni quali la rettificazione sincrona, i convertitori buck multifase e gli azionamenti per motori, consentendo di ottimizzare prestazioni, efficienza e densità di potenza in un’ampia varietà di sistemi.
“I clienti che stanno adottando la tecnologia GaN di nuova generazione per server AI, robotica, azionamenti industriali e sistemi per energie rinnovabili sono alla ricerca di soluzioni capaci di offrire una conversione dell’energia sempre più efficiente in sistemi dalle dimensioni sempre più compatte”, ha dichiarato Akhil Nair, Senior Director, Low-Voltage GaN di Renesas. “La nostra nuova famiglia di dispositivi GaN a bassa tensione offre l’efficienza, le prestazioni di commutazione e la densità di potenza che i progettisti si aspettano dalla tecnologia GaN, semplificando al tempo stesso in modo significativo la migrazione dalle attuali soluzioni basate su MOSFET al silicio.”
La nuova famiglia di dispositivi GaN è basata sulla tecnologia GaN E-mode (enhancement mode, normalmente interdetta), che combina i vantaggi prestazionali del nitruro di gallio con la praticità di footprint compatibili con quelli dei tradizionali MOSFET al silicio. Questo approccio consente ai progettisti di beneficiare dell’elevata efficienza energetica e della maggiore densità di potenza offerte dalla tecnologia GaN, semplificando al contempo la migrazione dai progetti esistenti basati su dispositivi al silicio.
Caratteristiche principali della nuova famiglia GaN a bassa tensione
- Efficienza superiore dall’1 al 3% rispetto alle soluzioni basate su silicio, grazie all’eliminazione delle perdite associate alla carica di recupero inverso (Qrr).
- Riduzione delle perdite di commutazione dal 40 al 70%, con conseguente incremento dell’efficienza energetica complessiva.
- Densità di potenza fino a due volte superiore, ottenuta attraverso la riduzione dell’energia dissipata a ogni ciclo di commutazione e il supporto al funzionamento ad alte frequenze.
- Riduzione dell’ingombro del sistema, grazie alla possibilità di operare a frequenze di commutazione più elevate che consentono di diminuire le dimensioni dei componenti magnetici e di ridurre le perdite complessive del sistema.
- Gestione termica ottimizzata, che riduce la necessità di ventole e sistemi di raffreddamento attivi, contribuendo a semplificare il progetto e a contenere i costi della distinta base (BOM).
Inoltre, grazie al minore consumo energetico di ciascuno stadio di conversione, la nuova famiglia di dispositivi GaN contribuisce al raggiungimento degli obiettivi di sostenibilità dei progettisti e degli operatori di sistema. Questo risultato è ottenuto riducendo le esigenze di dissipazione termica e di gestione del flusso d’aria, permettendo l’impiego di ventole più compatte, componenti magnetici di dimensioni inferiori e PCB meno estesi. La combinazione di questi vantaggi consente di migliorare l’efficienza energetica dei data center dedicati all’intelligenza artificiale e delle applicazioni industriali, contribuendo al raggiungimento degli obiettivi di riduzione dei consumi e dell’impatto ambientale.
Disponibilità
I nuovi transistor di potenza GaN a bassa tensione sono già disponibili sul mercato, accompagnati dalle relative schede di valutazione per accelerare le attività di sviluppo e validazione dei progetti. Per maggiori informazioni sui dispositivi, sulle schede di sviluppo e sulle soluzioni GaN di Renesas, è possibile consultare il sito dedicato all’indirizzo renesas.com/lv-gan-fets.
Winning Combinations
Per accelerare lo sviluppo di sistemi ad alte prestazioni, i nuovi FET GaN a bassa tensione possono essere combinati con numerosi progetti di riferimento Renesas già disponibili, tra cui una piattaforma DCX LLC da 6 kW per la conversione 800 V/48 V e una piattaforma industriale per servomotori CC. Le Combinazioni Vincenti sono architetture di sistema tecnicamente verificate costituite da dispositivi reciprocamente compatibili che interagiscono perfettamente per fornire un design ottimizzato, a basso rischio, che velocizzi il tempo di lancio sul mercato del prodotto. Renesas offre più di 400 Combinazioni Vincenti basate su un’ampia gamma di prodotti provenienti dal proprio portafoglio. Esse permettono ai clienti un veloce processo di progettazione e di immissione dei propri prodotti sul mercato. Maggiori informazioni sono disponibili qui: renesas.com/win.
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All’avanguardia nell’elettronica di potenza, Renesas offre innovazione, qualità e affidabilità con oltre quattro miliardi di componenti spediti all’anno dal nostro portafoglio di circuiti integrati per la gestione dell’alimentazione, prodotti discreti e GaN ad ampio bandgap, dispositivi di potenza di calcolo e molto altro ancora. Questi prodotti coprono tutti i principali segmenti di mercato, tra cui automotive, IoT, infrastrutture e applicazioni industriali. Il nostro portafoglio di prodotti per l’alimentazione si integra perfettamente con le nostre soluzioni MCU, MPU, SoC e analogiche di punta, semplificando e accelerando il processo di progettazione grazie a centinaia di combinazioni vincenti tecnicamente verificate e a strumenti innovativi come i software di progettazione PowerCompass™ e PowerNavigator™. Per maggiori informazioni, visita renesas.com/power.
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