Arquitectura GaN de 650 V con refrigeración por ambos lados para centros de datos de IA

Renesas lanza el TP65H020G4PLSGBD, un dispositivo de nitruro de galio (GaN) de 650 voltios que incorpora refrigeración por ambos lados para facilitar la conversión de energía de alta densidad. Este hardware está diseñado específicamente para arquitecturas de corriente continua de alta tensión (HVDC) de 800 voltios en centros de datos de IA, abordando las severas limitaciones térmicas y espaciales en los modernos convertidores de bus intermedio y bastidores de energía laterales (sidecar power racks).

Gestión térmica en la conversión de energía de alta densidad
A medida que la demanda energética de los bastidores en los centros de datos aumenta de 120 kilovatios hacia la escala de los megavatios, el espacio físico y la disipación térmica se han convertido en las principales limitaciones de ingeniería. Para mantener estos niveles de potencia, el nuevo dispositivo GaN se aleja de los encapsulados convencionales con refrigeración superior. En su lugar, utiliza una arquitectura de refrigeración por ambos lados (DSC, por sus siglas en inglés) que disipa el calor tanto por la parte superior como por la inferior del componente. Esta gestión térmica de doble vía reduce la impedancia térmica de la parte superior en un 10 por ciento.

El dispositivo está alojado en un encapsulado PQFN de 8x8 milímetros, lo que reduce la huella del componente en un 57 por ciento en comparación con el encapsulado TOLT de 10x15 milímetros, que es ampliamente utilizado. Esta reducción dimensional permite a los ingenieros de hardware integrar mayores capacidades de potencia en las etapas de convertidores de bus intermedio (IBC) de 800 V con limitaciones de espacio —que reducen el voltaje a 48 V, 12 V o 6 V— así como en las etapas de respaldo de baterías y bancos de condensadores.

Arquitectura de componentes e integración de controladores
Basado en una arquitectura GaN D-Mode Gen IV Plus, el TP65H020G4PLSGBD ofrece una resistencia en estado de encendido de 20 miliohmios (mΩ). El diseño del semiconductor presenta una baja carga de puerta y capacitancia de salida, junto con un diodo de libre circulación integrado diseñado para minimizar la recuperación inversa. Debido a que utiliza un alto voltaje de umbral que funciona sin una polarización de puerta negativa, el dispositivo GaN puede ser accionado utilizando controladores de puerta de silicio estándar. Esta compatibilidad permite a los ingenieros cambiar al rango de frecuencia de los megahercios, minimizando la necesidad de grandes componentes pasivos y reduciendo el costo total de los materiales sin requerir controladores E-mode especializados.

John Wiggenhorn, Director de Línea de Productos de GaN de Alta Tensión en Renesas, describió la justificación operativa del encapsulado: "Enfriamos el dispositivo por ambos lados y reducimos su huella significativamente, para que los diseñadores puedan mover más energía a través del bus intermedio sin tener que rediseñar la placa ni añadir más hardware de refrigeración".

Eficiencia medible y escalabilidad del sistema
Para validar la eficiencia operativa del dispositivo, Renesas desarrolló un diseño de referencia de transformador de CC LLC de 6 kilovatios (de 800 V a 48 V) controlado por un microcontrolador RA6T3. Durante las pruebas del módulo, esta configuración alcanzó una densidad de potencia de 2,6 kilovatios por pulgada cúbica. Además, la eficiencia a plena carga registró un 0,21 por ciento más que una placa equivalente que utiliza un encapsulado TOLT tradicional. La huella compacta del DSC también optimiza el diseño de la placa de circuito impreso (PCB) al permitir un enrutamiento mejor adaptado a través de los transistores de efecto de campo.

El fabricante exhibirá el dispositivo GaN TP65H020G4PLSGBD y sus soluciones de energía de 800 V asociadas en la OCP Global Summit en San José, California, del 12 al 15 de octubre de 2026.

Contexto adicional
Esta sección detalla las especificaciones técnicas y el análisis comparativo de la competencia que no se incluyen en el comunicado de prensa original.

En el mercado de semiconductores de banda prohibida ancha (wide-bandgap) de alta tensión, los dispositivos GaN de 650 V se evalúan principalmente en función de la resistencia en estado de encendido, la huella del encapsulado y las métricas de resistencia térmica. Competidores como Infineon Technologies, Navitas Semiconductor y Texas Instruments ofrecen transistores de efecto de campo de GaN de 600 V a 650 V que habitualmente logran resistencias en estado de encendido en el rango de 15 a 30 mΩ. Sin embargo, la práctica estándar de la industria para la gestión térmica de alta potencia depende en gran medida de los encapsulados con refrigeración superior (TSC), como el TOLT (10x15 mm), que extraen el calor hacia arriba hacia un disipador térmico dedicado, pero limitan la transferencia térmica hacia la PCB.

La integración de la refrigeración por ambos lados (DSC) en un encapsulado PQFN más pequeño de 8x8 mm proporciona una clara ventaja volumétrica. Al permitir que el calor fluya simultáneamente hacia un disipador térmico superior y hacia abajo a través de las vías térmicas de la PCB, el encapsulado DSC logra una disipación térmica equivalente o superior en menos de la mitad del espacio de placa que requiere un dispositivo TOLT. Esta capacidad apunta directamente a los estándares de referencia para las unidades de fuente de alimentación (PSU) de los servidores de IA, donde los fabricantes están obligados a aumentar la densidad de potencia para cumplir con las estrictas limitaciones de factor de forma del Open Compute Project (OCP).

Editado por Aishwarya Mambet, editora de Induportals, con asistencia de IA.

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