Renesas вывела нитрид галлия в низковольтные применения на 100 В
Первое семейство дискретных транзисторов на нитриде галлия с нормально закрытым каналом рассчитано на ИИ-дата-центры, роботов и промышленные приводы. Потери переключения ниже на 40–70%, а посадочное место совместимо с кремниевыми MOSFET.
Renesas Electronics расширила линейку приборов на нитриде галлия в сторону низковольтных применений, выпустив первое семейство дискретных силовых транзисторов на 100 В с нормально закрытым каналом (режим E-mode).
Низковольтные транзисторы RTP100E005G1FL, RTP100E2P6G1FL, RTP100E1P8G1FL-DSC и RTP100E1P2G1FL-DSC отличаются сверхбыстрым переключением и улучшенным тепловым поведением в задачах, где критичны КПД и удельная мощность: это ИИ-дата-центры, человекоподобные роботы, автоматизация производства и промышленные приводы, электроинструмент и солнечные микроинверторы.
Новые транзисторы достигают лучших в отрасли показателей качества (FOM) при жёстком и мягком переключении: показатель при жёстком переключении ниже на величину до 35%, при мягком — до 63% по сравнению с сопоставимыми приборами на нитриде галлия. При этом низковольтные приборы сохраняют посадочное место, совместимое с кремниевыми, что упрощает их применение в уже существующих конструкциях.
Преобразователи в нынешних дата-центрах работают, как правило, на частотах переключения в несколько сотен килогерц. Но по мере перехода ИИ-серверов и промышленной инфраструктуры к распределению питания 800 В постоянного тока и к шинам 48 В многие ступени преобразования смещаются к мегагерцовым частотам, чтобы уменьшить магнитные компоненты, поднять удельную мощность и общий КПД. Применение низковольтных приборов на нитриде галлия в архитектурах постоянного тока высокого напряжения на 800 В упрощает проектирование преобразователей, заметно уменьшая размеры пассивных элементов, потери переключения и требования к охлаждению. На уровне системы это выливается в более высокий КПД, меньше хлопот с отводом тепла и снижение затрат на энергию и спецификацию.
Новое семейство построено на недавно расширенной платформе Renesas для низковольтных приборов с нормально закрытым каналом. Его отличают сверхбыстрое переключение при малых полном заряде затвора (Qg) и выходном заряде (Qoss), что сокращает перекрытие тока и напряжения. Это снижает потери энергии в каждом цикле преобразования в блоках питания для ИИ, приводах двигателей и ступенях преобразования постоянного тока. Приборы также обладают нулевым зарядом обратного восстановления (Qrr = 0), что устраняет соответствующие потери и сразу повышает эффективность переключения. Быстрое переключение поднимает удельную мощность и позволяет работать на более высоких частотах, уменьшая площадь платы и размеры магнитных и пассивных компонентов, а низкое сопротивление открытого канала повышает КПД, снижая потери проводимости. Доступные исполнения с охлаждением снизу и с двух сторон дают дополнительный отвод тепла и свободу в конструировании.
В зависимости от требований применения и архитектуры преобразования низковольтные приборы на нитриде галлия дают снижение потерь переключения на 40–70% и до двукратного роста удельной мощности на уровне системы.
Новые транзисторы выпускаются в нескольких стандартных корпусах, совместимых с MOSFET, поэтому заказчики могут быстро перейти с топологий на кремниевых MOSFET без существенной переработки платы. Варианты корпусов вместе с широким диапазоном сопротивления открытого канала (от 5 до 1,2 мОм) позволяют масштабировать решения по уровням мощности и применениям, включая синхронное выпрямление, многофазное понижающее преобразование и приводы двигателей.
«Заказчики, переходящие на нитрид галлия нового поколения для ИИ-серверов, робототехники, промышленных приводов и систем возобновляемой энергетики, ищут способы получить более эффективное преобразование энергии во всё более компактных системах, — сказал Акхил Наир (Akhil Nair), старший директор по низковольтным приборам на нитриде галлия в Renesas. — Наше низковольтное семейство даёт тот КПД, скорость переключения и удельную мощность, которых ждут от нитрида галлия, и при этом заметно упрощает переход с существующих решений на кремниевых MOSFET».
Семейство построено на технологии нитрида галлия с нормально закрытым каналом, которая даёт преимущества этого материала в удобном посадочном месте, совместимом с кремнием. Это помогает получить выигрыш в КПД и мощности и упрощает переход с существующих кремниевых решений.
Ключевые особенности нового низковольтного семейства: КПД выше на 1–3% по сравнению с кремниевыми решениями за счёт устранения потерь на обратное восстановление; снижение потерь переключения на 40–70%; удвоенная удельная мощность благодаря уменьшению энергии переключения за цикл и работе на высокой частоте; меньшие габариты системы, поскольку более высокая частота переключения уменьшает магнитные компоненты и общие потери; оптимизированный тепловой режим, снижающий потребность в вентиляторах и активном охлаждении, а с ней — сложность системы и стоимость спецификации.
Кроме того, меньший расход энергии на каждую ступень преобразования помогает разработчикам выполнять требования по экологичности: уменьшаются вентиляторы для охлаждения и продува, становятся возможны меньшие магнитные компоненты, сокращается площадь платы — всё это работает на цели по энергоэффективности ИИ-дата-центров и промышленности.