100-V-GaN-Transistoren für Rechenzentrums-Stromversorgungen

Renesas bringt eine neue Familie von 100-V-GaN-basierten diskreten Leistungstransistoren im Anreicherungsmodus (E-Mode) auf den Markt, darunter die Modelle RTP100E005G1FL, RTP100E2P6G1FL, RTP100E1P8G1FL-DSC und RTP100E1P2G1FL-DSC. Diese Technologie wurde entwickelt, um die Schaltfrequenzen im Megahertz-Bereich zu bewältigen, die für die Industrieautomatisierung, hochdichte KI-Rechenzentren und Solar-Mikrowechselrichter-Anwendungen erforderlich sind.

Übergang zu 48-V-Busarchitekturen
Da die Infrastruktur von Rechenzentren und industrielle Stromversorgungssysteme auf 800-V-DC-Stromverteilung und 48-V-Busarchitekturen umsteigen, wechseln die Stromwandlerstufen von Schaltfrequenzen im Kilohertz- in den Megahertz-Bereich. Dieser Übergang ermöglicht es Ingenieuren, die physische Größe der magnetischen Komponenten zu verringern und die Gesamtleistungsdichte des Systems zu erhöhen. Die Implementierung von Niederspannungs-GaN-Komponenten in diesen Hochspannungs-Gleichstrom-(HVDC)-Architekturen reduziert die erforderliche Größe passiver Komponenten und senkt die benötigte thermische Kühlleistung. Durch die Verwendung eines siliziumkompatiblen Gehäuse-Footprints ermöglichen die GaN-Feldeffekttransistoren (FETs) die Integration in bestehende Leiterplatten-Layouts (PCB), ohne dass umfassende strukturelle Neugestaltungen erforderlich sind.

Schaltmetriken und thermische Leistung
Die 100-V-GaN-Transistoren reduzieren den Energieverlust in Wandlungszyklen, indem sie die zeitliche Überlappung zwischen Spannung und Strom minimieren. Die Komponenten weisen keine Sperrverzögerungsladung (Reverse Recovery Charge, Qrr = 0) auf, wodurch eine häufige Quelle für Schaltverluste eliminiert wird, die bei herkömmlichen Silizium-Alternativen auftritt. Die Bauteile erzielen im Vergleich zu vergleichbaren GaN-Iterationen auf dem Markt eine Reduzierung der Hard-Switching-Güte (Figure-of-Merit, FOM) um bis zu 35 Prozent und eine Reduzierung der Soft-Switching-FOM um bis zu 63 Prozent.

Die Komponenten bieten einen Einschaltwiderstand (RDS(on)) im Bereich von 1,2 mΩ bis 5 mΩ, was eine operative Skalierbarkeit über verschiedene Leistungsniveaus für die Synchrongleichrichtung und mehrphasige Abwärtswandlung (Buck Conversion) ermöglicht. Die FETs sind in FCLGA- und FCLGA-DSC-Formaten verpackt und bieten Konfigurationen für bodenseitige und doppelseitige Kühlung (Dual-Side Cooling), um die Wärmeableitung in dicht gepackter Hardware zu steuern. Abhängig von der spezifischen Wandlungstopologie führen diese Spezifikationen zu einer Reduzierung der Schaltverluste um bis zu 40 bis 70 Prozent, was folglich die mechanische Abhängigkeit von aktiver Lüfterkühlung verringert.

Akhil Nair, Senior Director of Low-Voltage GaN bei Renesas, merkte an, dass Ingenieure, die Technologie der nächsten Generation für Robotik und erneuerbare Energiesysteme integrieren, Komponenten benötigen, die eine spezifische Schaltleistung liefern und gleichzeitig einen unkomplizierten Übergang von bestehenden Silizium-MOSFET-Designs ermöglichen.

Zusätzlicher Kontext
Dieser Abschnitt beschreibt technische Spezifikationen und Wettbewerbs-Benchmarking, die nicht in der ursprünglichen Pressemitteilung enthalten sind.

Auf dem Markt für Niederspannungs-GaN-FETs (100 V) werden vergleichbare Komponenten von Unternehmen wie Efficient Power Conversion (EPC) und Infineon Technologies hergestellt. EPC produziert die 100-V-eGaN-FETs EPC2218 und EPC2302, die RDS(on)-Werte von bis zu 1,8 mΩ aufweisen und auf ähnliche 48-V-DC-DC-Wandlungsumgebungen abzielen. Die 100-V-CoolGaN-Serie von Infineon nutzt in ähnlicher Weise den Anreicherungsmodus-Betrieb mit wettbewerbsfähigen Einschaltwiderstandsspezifikationen, die für hochfrequente Schaltvorgänge optimiert sind. Die RTP100-Serie von Renesas konkurriert direkt durch ihre Wärmemanagement-Optionen – insbesondere die FCLGA-DSC-Gehäuse mit doppelseitiger Kühlung –, welche die thermischen Lasten von der Leiterplattenoberfläche wegleiten, um den erhöhten Leistungsdichteanforderungen von Soft-Switching-Topologien auf Serverebene gerecht zu werden.

Bearbeitet von Aishwarya Mambet, Induportals-Redakteurin, mit Unterstützung von KI.

www.renesas.com