Tecnologia GaN bidirezionale, prima nel suo genere, con blocco in DC, che riduce drasticamente il numero di switch necessari nelle topologie di conversione di potenza. Compatibile con gate driver standard, adatta sia a soft-switching sia a hard-switching, con commutazioni rapide e pulite.
Renesas Electronics ha presentato oggi il primo switch bidirezionale del settore basato su tecnologia GaN a modalità di svuotamento (depletion‑mode, d‑mode), in grado di bloccare sia correnti positive sia negative in un unico dispositivo, con blocco in DC integrato.
Rivolto a microinverter solari monostadio, data center per AI e caricabatterie di bordo per veicoli elettrici, il dispositivo ad alta tensione TP65B110HRU semplifica drasticamente la progettazione dei convertitori di potenza e sostituisce i tradizionali switch FET back‑to‑back con un unico dispositivo a basse perdite, a commutazione rapida e semplice da pilotare.
La topologia monostadio aumenta l’efficienza e riduce il numero di componenti
Gli attuali progetti di conversione di potenza ad alta potenza utilizzano switch unidirezionali in silicio o carburo di silicio (SiC) che, nello stato di interdizione, bloccano la corrente in una sola direzione. Di conseguenza, la conversione di potenza deve essere suddivisa in più stadi, con l’impiego di diversi circuiti a ponte commutati. Ad esempio, un tipico microinverter solare utilizza un ponte completo a quattro switch per la conversione da DC a DC nel primo stadio, seguito da un secondo stadio per generare l’uscita AC finale verso la rete.
Anche se l’industria elettronica si sta muovendo verso convertitori monostadio più efficienti, i progettisti devono fare i conti con le limitazioni intrinseche della commutazione. Molti dei progetti monostadio attuali utilizzano switch unidirezionali convenzionali collegati back‑to‑back, con un aumento di quattro volte del numero di switch e una conseguente riduzione dell’efficienza.
Il GaN bidirezionale cambia completamente questo scenario. Integrando la funzionalità di blocco bidirezionale in un singolo dispositivo GaN, la conversione di potenza può essere realizzata in un unico stadio utilizzando un numero inferiore di dispositivi di commutazione. Un tipico microinverter solare, ad esempio, richiede soltanto due dispositivi bidirezionali Renesas SuperGaN ad alta tensione, eliminando i condensatori DC‑link intermedi e dimezzando il numero di switch. Inoltre, i dispositivi GaN commutano rapidamente, con bassa carica immagazzinata, consentendo frequenze di switching più elevate e una maggiore densità di potenza. In una implementazione reale di microinverter solare monostadio, la nuova architettura GaN ha dimostrato un’efficienza di conversione superiore al 97,5%, grazie all’aliminazione delle connessioni back‑to‑back e degli switch in silicio lenti.
Combina prestazioni robuste e affidabilità con driver compatibili con il silicio
I dispositivi SuperGaN Renesas da 650 V si basano su una tecnologia proprietaria normalmente‑off, semplice da pilotare e notevolmente robusta. Il TP65B110HRU combina un chip GaN bidirezionale ad alta tensione in modalità di svuotamento (d‑mode), co‑packaged con due MOSFET al silicio a bassa tensione, caratterizzati da elevata tensione di soglia (3 V), ampio margine di gate (±20 V) e diodi di body integrati per una conduzione inversa efficiente. Rispetto ai dispositivi GaN bidirezionali in modalità di arricchimento (e‑mode), lo switch GaN bidirezionale di Renesas offre compatibilità con gate grivers standard che non richiedono una polarizzazione negativa del gate.
Ciò si traduce in un design del loop di gate più semplice e a costo inferiore, oltre a una commutazione rapida e stabile sia in modalità soft‑switching sia hard‑switching, senza penalizzazioni in termini di prestazioni. Le topologie di conversione di potenza che richiedono hard‑switching, come il raddrizzatore tipo Vienna, possono beneficiare della sua elevata capacità dv/dt superiore a 100 V/ns, con ringing minimo e ritardi ridotti durante le transizioni di accensione e spegnimento. Il dispositivo GaN Renesas consente una vera commutazione bidirezionale con elevata robustezza, alte prestazioni e grande facilità d’uso.
I commenti
“L’estensione della nostra tecnologia SuperGaN alla piattaforma GaN bidirezionale rappresenta una svolta significativa nei paradigmi di progettazione della conversione di potenza, aprendo la strada a soluzioni più semplici, efficienti e compatte”, ha affermato Rohan Samsi, Vice President, GaN Business Division presso Renesas. “I clienti possono ora raggiungere livelli di efficienza più elevati riducendo il numero di componenti di commutazione, l’area del PCB e il costo complessivo del sistema. Allo stesso tempo, possono accelerare il processo di progettazione grazie all’integrazione a livello di sistema offerta da Renesas, che combina gate drivers, controller e circuiti integrati per la gestione dell’alimentazione.”
Principali caratteristiche di TP65B110HRU:
- Tensione nominale continua AC e DC di ±650 V, con rating transitorio di ±800 V
- Protezione ESD da 2 kV secondo il modello Human Body Model (HBM e CDM)
- RSSON tipica di 110 mΩ a 25 °C
- Vgs(th) tipica di 3 V
- Nessuna necessità di pilotaggio negativo
- Vgs massima di ±20 V
- Immunità dv/dt > 100 V/ns
- Caduta di tensione del diodo di ricircolo VSSFW di 1,8 V
- Package TOLT con raffreddamento dal lato superiore e pinout standard di settore
Renesas presenterà il suo più recente switch GaN bidirezionale e il portafoglio in continua espansione di soluzioni di potenza intelligenti all’Applied Power Electronics Conference (APEC), in programma dal 22 al 26 marzo 2026 a San Antonio, Texas, presso lo stand n. 1219.
Lo switch GaN bidirezionale TP65B110HRU è già disponibile in volumi produttivi. I clienti possono inoltre acquistare il kit di valutazione RTDACHB0000RS-MF-1 evaluation kit per effettuare test con diverse opzioni di pilotaggio, rilevare gli zero‑crossing AC e implementare il soft‑switching ZVS (Zero Voltage Switching).
Combinazioni Vincenti
Renesas offre soluzioni di sistema per microinverter solari da 500 W (500W Solar Microinverter) e raddrizzatori trifase di tipo Vienna (Three-Phase Vienna Rectifier System) che combinano il nuovo switch GaN bidirezionale con numerosi dispositivi compatibili del proprio portafoglio. Queste Winning Combinations sono architetture di sistema tecnicamente validate, basate su dispositivi reciprocamente compatibili che operano in modo integrato, consentendo un design ottimizzato e a basso rischio per una più rapida immissione sul mercato. Oltre 400 Winning Combinations, che coprono un’ampia gamma di prodotti del portafoglio Renesas, permettono ai clienti di accelerare il processo di progettazione e di portare i propri prodotti sul mercato più rapidamente. Ulteriori informazioni: renesas.com/win.
