Architecture GaN 650 V à double refroidissement pour les centres de données d'IA

Renesas lance le TP65H020G4PLSGBD, un composant en nitrure de gallium (GaN) de 650 volts qui intègre un refroidissement double face pour faciliter la conversion d'énergie à haute densité. Ce matériel est spécifiquement conçu pour les architectures à courant continu haute tension (HVDC) de 800 volts dans les centres de données d'IA, répondant aux limitations thermiques et spatiales sévères des convertisseurs de bus intermédiaires modernes et des racks d'alimentation sidecar.

Gestion thermique dans la conversion d'énergie à haute densité
Alors que la demande en puissance des racks de centres de données passe de 120 kilowatts à l'échelle du mégawatt, l'espace physique et la dissipation thermique sont devenus des contraintes d'ingénierie majeures. Pour maintenir ces niveaux de puissance, le nouveau composant GaN s'éloigne des boîtiers traditionnels refroidis par le dessus. Il utilise plutôt une architecture à double refroidissement (DSC - dual-side-cooled) qui dissipe la chaleur à la fois par le haut et par le bas du composant. Cette gestion thermique à double voie réduit l'impédance thermique supérieure de 10 pour cent.

Le composant est logé dans un boîtier PQFN de 8x8 millimètres, réduisant l'encombrement de 57 pour cent par rapport au boîtier TOLT de 10x15 millimètres largement utilisé. Cette réduction dimensionnelle permet aux ingénieurs matériels d'intégrer des capacités de puissance plus élevées dans des étages de convertisseurs de bus intermédiaires (IBC) 800 V limités en espace — qui abaissent la tension à 48 V, 12 V ou 6 V — ainsi que dans les étages de batteries de secours et de bancs de condensateurs.

Architecture du composant et intégration des pilotes
Basé sur une architecture GaN D-Mode Gen IV Plus, le TP65H020G4PLSGBD offre une résistance à l'état passant de 20 milliohms (mΩ). La conception du semi-conducteur se caractérise par une faible charge de grille et une faible capacité de sortie, ainsi qu'une diode de roue libre intégrée conçue pour minimiser le recouvrement inverse. Comme il utilise une tension de seuil élevée qui fonctionne sans tension de polarisation de grille négative, le composant GaN peut être piloté à l'aide de pilotes de grille en silicium standard. Cette compatibilité permet aux ingénieurs de passer dans la plage de fréquences du mégahertz, minimisant ainsi le besoin de gros composants passifs et réduisant le coût global de la nomenclature (BOM) sans nécessiter de pilotes E-mode spécialisés.

John Wiggenhorn, directeur principal de la gamme de produits GaN haute tension chez Renesas, a souligné la logique opérationnelle du boîtier : « Nous refroidissons le composant des deux côtés et réduisons considérablement son empreinte, afin que les concepteurs puissent faire transiter plus de puissance par le bus intermédiaire sans avoir à redessiner la carte ni à ajouter de matériel de refroidissement supplémentaire. »

Efficacité mesurable et évolutivité du système
Pour valider l'efficacité opérationnelle du composant, Renesas a développé un design de référence de transformateur CC LLC de 6 kilowatts (800 V à 48 V) contrôlé par un microcontrôleur RA6T3. Lors des tests du module, cette configuration a atteint une densité de puissance de 2,6 kilowatts par pouce cube. De plus, l'efficacité à pleine charge mesurée était supérieure de 0,21 pour cent à celle d'une carte équivalente utilisant un boîtier TOLT traditionnel. L'empreinte compacte du DSC optimise également l'agencement de la carte de circuit imprimé (PCB) en permettant un routage mieux adapté sur l'ensemble des transistors à effet de champ.

Le fabricant exposera le composant GaN TP65H020G4PLSGBD et ses solutions d'alimentation 800 V associées lors de l'OCP Global Summit à San Jose, en Californie, du 12 au 15 octobre 2026.

Contexte supplémentaire
Cette section détaille les spécifications techniques et l'analyse comparative concurrentielle qui ne sont pas incluses dans le communiqué de presse original.

Sur le marché des semi-conducteurs à large bande passante et haute tension, les composants GaN 650 V sont principalement évalués sur leur résistance à l'état passant, l'empreinte de leur boîtier et leurs mesures de résistance thermique. Des concurrents tels qu'Infineon Technologies, Navitas Semiconductor et Texas Instruments proposent des transistors à effet de champ GaN de 600 V à 650 V qui atteignent couramment des résistances à l'état passant comprises entre 15 et 30 mΩ. Cependant, la pratique standard de l'industrie pour la gestion thermique à haute puissance s'appuie fortement sur des boîtiers refroidis par le dessus (TSC) comme le TOLT (10x15 mm), qui extraient la chaleur vers le haut dans un dissipateur thermique dédié, mais limitent le transfert thermique vers le PCB.

L'intégration d'un double refroidissement (DSC) dans un boîtier PQFN plus petit de 8x8 mm offre un avantage volumétrique distinct. En permettant à la chaleur de circuler simultanément vers un dissipateur thermique supérieur et vers le bas à travers les vias thermiques du PCB, le boîtier DSC obtient une dissipation thermique équivalente ou supérieure dans moins de la moitié de l'espace sur la carte d'un composant TOLT. Cette capacité cible directement les normes d'analyse comparative pour les blocs d'alimentation (PSU) de serveurs d'IA, où les fabricants sont tenus d'augmenter la densité de puissance pour se conformer aux strictes limitations de facteur de forme de l'Open Compute Project (OCP).

Publié avec l’assistance de l’IA par Aishwarya Mambet, rédactrice pour Induportals.

www.renesas.com