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La nouvelle gamme de transistors de puissance avancés GaN mode-E de 100 V offre une densité de puissance plus élevée et une référence en terme de performance dans le secteur de l’industrie

Renesas Electronics Corporation, l’un des principaux fournisseurs de solutions avancées à semi-conducteurs, a élargi sa gamme de produits GaN aux applications basse tension avec sa première famille de transistors de puissance discrets à base de GaN en mode amélioration (mode E) de 100 V. Les transistors GaN basse tension RTP100E005G1FL, RTP100E2P6G1FL, RTP100E1P8G1FL-DSC et RTP100E1P2G1FL-DSC offrent des vitesses de commutation ultra-rapides et des performances thermiques améliorées dans les applications à haute densité de puissance où le rendement est essentiel, notamment les centres de données d’IA, la robotique humanoïde, l’automatisation industrielle et les variateurs de moteurs industriels, les outils électriques et les micro-onduleurs solaires.

Les nouveaux FET au GaN offrent des performances de figure de mérite (FOM) de pointe dans le secteur, tant en commutation dure qu’en commutation douce, avec une FOM en commutation dure jusqu’à 35 % inférieure et une FOM en commutation douce jusqu’à 63 % inférieure à celles des dispositifs au GaN comparables. Ces dispositifs au GaN basse tension conservent également un encombrement compatible avec les MosFet silicium, ce qui facilite leur intégration dans les conceptions existantes.

Les convertisseurs de puissance des centres de données actuels fonctionnent généralement à des fréquences de commutation de quelques centaines de kilohertz. Cependant, à mesure que les serveurs d’IA et les infrastructures industrielles adoptent une distribution d’énergie à 800 V CC et des architectures de bus à 48 V, de nombreux étages de conversion évoluent vers des fréquences de commutation de l’ordre du mégahertz afin de réduire la taille des composants magnétiques, d’augmenter la densité de puissance et d’améliorer le rendement global.

L’utilisation du GaN basse tension dans les architectures d’alimentation à courant continu haute tension (HVDC) de 800 V simplifie la conception de la conversion de puissance, réduisant considérablement la taille des composants passifs, les pertes de commutation et les besoins en refroidissement. Au niveau du système, cela se traduit par un meilleur rendement, des exigences de gestion thermique réduites et une baisse des coûts énergétiques et de la nomenclature.

Une gamme étendue de composants GaN qui offre un meilleur rendement, une densité de puissance accrue et une plus grande flexibilité de conception S’appuyant sur la plateforme technologique GaN en mode E basse tension récemment élargie par Renesas, cette nouvelle gamme de transistors offre une commutation GaN ultra-rapide avec une charge de grille totale (Qg) et une charge de sortie (Qoss) faibles, afin de minimiser le chevauchement entre la tension et le courant. Elle réduit les pertes d’énergie à chaque cycle de conversion dans les blocs d’alimentation pour l’IA, les variateurs de moteur et les étages de puissance CC-CC. Ces composants offrent également une récupération inverse nulle (Qrr = 0), ce qui élimine les pertes d’énergie et permet d’améliorer immédiatement le rendement de commutation.

La commutation rapide augmente la densité de puissance et permet un fonctionnement à plus haute fréquence en réduisant l’encombrement du circuit imprimé ainsi que la taille des composants magnétiques et passifs, tandis qu’une faible valeur de RDS(on) améliore le rendement de fonctionnement en limitant les pertes par conduction. Les configurations de refroidissement par le dessous et double face disponibles offrent une meilleure dissipation thermique et une plus grande flexibilité de conception. En fonction des exigences de l’application et de l’architecture de conversion de puissance, les composants GaN basse tension permettent de réduire les pertes de commutation de 40 à 70 % et d’atteindre une densité de puissance jusqu’à deux fois supérieure au niveau du système.

Les nouveaux transistors GaN sont proposés dans plusieurs boîtiers standard compatibles avec les MOSFET, ce qui permet aux clients de passer rapidement des configurations MOSFET au silicium à celles au GaN, pour une mise en œuvre plus rapide de la conception sans modification majeure du circuit imprimé. Les options de boîtiers, associées à une large plage de RDS(on) (5 mÙ à 1,2 mÙ), permettent aux concepteurs de s’adapter à différents niveaux de puissance et à diverses applications, notamment le redressement synchrone, la conversion abaisseuse multiphasée et les variateurs de moteur.

« Les clients qui adoptent la technologie GaN de nouvelle génération pour les serveurs d’IA, la robotique, les variateurs de moteurs industriels et les systèmes d’énergie renouvelable recherchent des moyens d’obtenir des performances de conversion de puissance plus efficaces à partir de systèmes de plus en plus compacts », a déclaré Akhil Nair, directeur senior de la division GaN basse tension chez Renesas. « Notre gamme de composants GaN basse tension offre le rendement, les performances de commutation et la densité de puissance que les concepteurs attendent du GaN, tout en facilitant considérablement la transition depuis les conceptions existantes à base de MOSFET au silicium. »

Du GaN haute performance dans des formats compatibles avec les MOSFET La nouvelle gamme de composants GaN repose sur la technologie GaN en mode E (normalement désactivé), qui offre les avantages du GaN en termes de performances dans un format pratique compatible avec le silicium. Cela permet aux concepteurs de tirer parti des gains d’efficacité et de puissance offerts par le GaN et simplifie la migration depuis les conceptions existantes basées sur le silicium.

Caractéristiques principales de la nouvelle gamme de composants GaN basse tension

 Rendement supérieur de 1 à 3 % par rapport aux conceptions à base de silicium, grâce à l’élimination des pertes Qrr
 Réduction spectaculaire des pertes de commutation de 40 à 70 %
 Densité de puissance doublée grâce à la réduction de l’énergie de commutation par cycle et à la prise en charge d’un fonctionnement à haute fréquence
 Encombrement réduit du système grâce à une fréquence de commutation plus élevée, ce qui permet de réduire la taille des composants magnétiques et les pertes globales du système
 Une gestion thermique optimisée réduit les besoins en ventilation et en refroidissement actif, ce qui simplifie le système et diminue le coût de la nomenclature composants.

De plus, grâce à sa consommation énergétique totale réduite par étage de puissance, la nouvelle gamme GaN aide les concepteurs à atteindre leurs objectifs en matière de développement durable. Cela est rendu possible par la réduction de la taille des ventilateurs nécessaires à la gestion thermique et à la circulation de l’air, ce qui permet d’utiliser des composants magnétiques plus petits et de réduire l’encombrement global du circuit imprimé, contribuant ainsi aux objectifs d’efficacité énergétique des centres de données IA et des applications industrielles.

Disponibilité

Les nouveaux transistors de puissance GaN basse tension sont désormais disponibles, ainsi que les cartes d’évaluation correspondantes. Pour plus d’informations sur ces composants et ces outils de développement, rendez-vous sur : https://renesas.com/lv-gan-fets

Combinaisons gagnantes

Les nouveaux FET GaN basse tension s’intègrent facilement à d’autres conceptions de référence de puissance de Renesas, notamment le convertisseur DCX LLC de 6 kW (800 V à 48 V) et la plateforme industrielle de servocommande CC. Les « Combinaisons Gagnantes » sont des architectures système techniquement validées, composées de composants compatibles qui fonctionnent ensemble de manière transparente pour offrir une conception optimisée et à faible risque, accélérant la mise sur le marché. Renesas propose plus de 400 « Combinaisons Gagnantes » avec une large gamme de produits de son portefeuille afin de permettre aux clients d’accélérer le processus de conception et de commercialiser leurs produits plus rapidement. Elles sont disponibles sur https://renesas.com/win

Alimenté par Renesas

Porté par l’innovation, la qualité et la fiabilité, Renesas est à la pointe de l’électronique de puissance, expédiant plus de quatre milliards de pièces par an de notre portefeuille de CI de gestion de puissance, de produits GaN discrets et à large bande, de composants de puissance informatique et bien plus encore. Ces produits couvrent tous les segments majeurs, y compris l’automobile, l’IoT, l’infrastructure et les applications industrielles. Notre portefeuille de puissance s’attache parfaitement à nos solutions MCU, MPU, SoC et analogiques leaders, simplifiant et accélérant le processus de conception avec des centaines de combinaisons gagnantes validées par des ingénieurs et des outils innovants tels que PowerCompass™ et le logiciel de conception PowerNavigator™. Pour en savoir plus, rendez-vous sur https://renesas.com/power