Introducción

La electrónica de potencia vive una transición estructural impulsada por la necesidad de mayor eficiencia energética, densidades de potencia superiores y reducción de huella y costo total de propiedad. Los semiconductores de banda prohibida ancha (WBG, por sus siglas en inglés), en particular el carburo de silicio (SiC) y el nitruro de galio (GaN), habilitan conmutación más rápida, menor pérdida, integración térmica más eficiente y topologías compactas que transforman aplicaciones desde vehículos eléctricos y energías renovables hasta centros de datos, robótica, aeroespacial, ciberfísica y redes de carga ultrarrápida. Esta oportunidad no solo es técnica: también repercute en la propuesta de valor, márgenes, tiempos de lanzamiento y escalabilidad industrial.

El momento de SiC y GaN es hoy. El coste por dispositivo puede ser superior al silicio tradicional, pero la ventaja a nivel de sistema (menos magnetismos, disipación y componentes pasivos; menores pérdidas; menor coste de refrigeración; mayor densidad; mayor fiabilidad) produce ahorros e incrementos de rendimiento que con frecuencia superan ampliamente la inversión inicial. En este contenido se describen enfoques accionables, métricas clave y estándares operativos para ejecutar la transición con bajo riesgo y alta velocidad, con foco en resultados medibles: rendimiento/kW, eficiencia >98%, aumento de W/L, reducción de peso y volumen, MTBF y NPS.

Visión, valores y propuesta

Enfoque en resultados y medición

La propuesta se orienta a resultados integrales, interpretando SiC y GaN como catalizadores de negocio. La misión: habilitar soluciones de potencia con menos pérdidas, mayor densidad y mejor calidad eléctrica, con ciclos de diseño optimizados y certificaciones aceleradas. Las métricas clave se definen desde el primer día y se miden a nivel de prototipo, preproducción y serie:

KPIs estratégicos: eficiencia del sistema (η), pérdidas totales (W), densidad de potencia (W/L y W/kg), factor de potencia (PF), distorsión armónica total (THD), EMI/EMC dentro de regulación objetivo, temperatura de unión (Tj) y margen térmico, MTBF/AFR, coste por kilovatio, CAPEX (materiales, tooling, test), OPEX (energía, cooling), TCO (3–5 años), PUE (en centros de datos), tasa de conversión de negocio (win rate y margen bruto), tiempo a certificación y NPS de clientes.

• Decisión a nivel de sistema: prioriza coste total y beneficios de integración (pasivos, térmicos, filtros, tamaño, peso, logística), no solo coste unitario del semiconductor.
• Diseño centrado en fiabilidad: ventanas de operación seguras (SOA), dv/dt y di/dt controlados, gate drivers adecuados, layout de baja inductancia y gestión térmica robusta.
• Métricas continuas y trazabilidad: data-logging desde validación, dashboards técnicos y de negocio que permitan iterar rápido y escalar con control.

Servicios, perfiles y rendimiento

Portafolio y perfiles profesionales

La transición hacia SiC y GaN requiere capacidades multidisciplinares: ingeniería de potencia, electromagnetismo, materiales, firmware, térmica, EMC y certificación. Los servicios clave incluyen evaluación techno-económica (comparativa Si vs SiC vs GaN), rediseño de topologías (p. ej., totem-pole PFC, LLC, resonantes, inversores de 3 fases), selección y calificación de dispositivos (MOSFET SiC, diodos Schottky SiC, HEMT GaN e-mode/cascode), gate drivers y protección, modelado y simulación (SPICE/PLECS/PSIM), diseño de PCB y layout de baja parásita, packaging térmico, validación (double pulse, curva Rds(on), SOA), EMC precompliance y compliance, y preparación de documentación y amfori para cadena de suministro.

Perfiles principales: arquitecto/a de potencia (dimensionamiento y topologías), ingeniero/a de hardware (layout y drivers), ingeniero/a de EMC (filtros, apantallamiento, pruebas), ingeniero/a de térmica (cálculo de disipación, Tj y TIM), especialista en fiabilidad (HALT/HASS, JEDEC), program manager (plazos, costes, riesgos), y técnico/a de test (automatización de mediciones, bancos de prueba, instrumentación). La colaboración con proveedores de semiconductores, magnetismos y encapsulados es estratégica para asegurar disponibilidad, notas de aplicación y soporte directo.

Proceso operativo

1. Diagnóstico de oportunidad: análisis de pérdidas actuales, restricciones térmicas, volumen, coste de BOM, tiempo de conmutación y objetivos de mercado.
2. Selección tecnológica: matriz Si/SiC/GaN según potencia, tensión, frecuencia y normativa. Evaluación de disponibilidad y riesgos de suministro.
3. Arquitectura y dimensionamiento: definición de topología (PFC totem-pole, LLC, fase desplazada, inversor 3L, etc.) y modelos de componentes.
4. Diseño detallado: drivers, snubbers, clamp, sensores, protecciones (OVP, OCP, OTP), layout PCB con inductancia parásita mínima, y estrategia de apantallamiento EMI.
5. Prototipado y validación: prueba de doble pulso, caracterización de conmutación, eficiencia, térmica, ruido, EMI precompliance, iteración de layout y filtros.
6. Industrialización y certificación: DFM/DFT, pruebas ambientales, HALT/HASS, documentación técnica, compliance (EMC, seguridad eléctrica), QMS y PPAP si procede.
7. Despliegue y mejora continua: monitorización en campo, análisis de fallos, actualizaciones de firmware/control y roadmap de reducción de costes.

Cuadros y ejemplos

Representación, campañas y/o producción

Desarrollo profesional y gestión

La representación de la propuesta basada en SiC y GaN se apoya en evidencia técnica y económica. El proceso integra scouting de casos de uso donde WBG captura rentabilidad sistémica, preparación de argumentos (eficiencia, densidad, TCO), negociación de pruebas de concepto con criterios de éxito claros, y producción industrial en escalas progresivas. La coordinación con fabricantes de semiconductores y proveedores de magnetismos posibilita ciclos de mejora y roadmaps compartidos.

Para producción, la transición exige control de procesos: cadena de suministro dual para dispositivos críticos, PPAP/FAI cuando aplique, trazabilidad de lotes, drivers calificados según el tipo de HEMT o MOSFET, y procedimientos de test repetibles con límites paramétricos. La estandarización de kits (BOM homologada, layout de referencia, librerías CAD) acelera el escalado y reduce variabilidad.

• Definir métricas de campaña: CTR técnico (descargas de hojas de datos), tasas de demo, ratio PoC a pedido, tiempo a valor.
• Establecer un paquete de validación: matrices de tests, perfiles térmicos y eléctrica, y plantilla de reporte comparativa Si vs SiC/GaN.
• Negociar acuerdos de soporte con fabricantes: acceso a modelos, notas de aplicación y apoyo en corrección de diseño (DFMEA/PFMEA).

Contenido y/o medios que convierten

Mensajes, formatos y conversiones

Las decisiones de diseño en electrónica de potencia se sustentan en evidencia. Los contenidos que convierten combinan mensajes técnicos (η, dv/dt, pérdidas, W/L) con implicaciones operativas (cooling, tamaño, logística) y de negocio (TCO, margen y time-to-market). Formatos efectivos: fichas comparativas Si vs SiC/GaN, demos de laboratorio (double pulse y curvas de eficiencia), casos sectoriales y calculadoras de TCO/ROI. Los hooks frecuentes son: “+2–3% de eficiencia del sistema”, “x2 densidad de potencia”, “-30% en coste de refrigeración”, “cumplimiento EMI sin sobreingeniería de filtros”.

Para elevar conversiones, se segmentan mensajes por aplicación (EV, PV, UPS, OBC, fast charge, servo drives, telecom, data center) y se prueban variantes A/B: ángulo técnico profundo vs impacto económico; titulares orientados a regulaciones vs a espacio/peso; llamados a PoC vs descarga de kit. La prueba social se construye con demostraciones repetibles y métricas verificadas en laboratorio y campo. Los CTA se orientan a PoC con criterios acordados, herramientas de cálculo y asesoría de dimensionamiento.

Workflow de producción

1. Brief creativo: determinar objetivo (PoC, descarga, demo), audiencia (diseño, compras, dirección) y KPI (CTR, tasa PoC).
2. Guion modular: estructura con evidencia (curvas, fotos de layout, mediciones), objeciones y mitigaciones (EMI, fiabilidad).
3. Grabación/ejecución: demos técnicas en condiciones controladas; gráficos con escalas y comparativas claras.
4. Edición/optimización: recortes a 60–90 s para social y 5–8 min para técnicos; subtítulos y resúmenes descargables.
5. QA y versiones: revisión técnica, compliance de claims y adaptación por segmento (voltajes, potencias, estándares).

Formación y empleabilidad

Catálogo orientado a la demanda

• Diseño con SiC MOSFET y diodos Schottky: de topologías a layout de baja inductancia.
• GaN HEMT de potencia: selección, drivers, estabilidad y EMI.
• EMI/EMC para WBG: filtros, apantallamiento, medidas y precompliance.
• Térmica y fiabilidad: de Tj a MTBF con pruebas aceleradas (HALT/HASS).

Metodología

Los programas combinan módulos teóricos con práctica intensiva en banco (double pulse, curvas de eficiencia, ringing, snubbers), evaluaciones por proyecto (dimensión del bus, drivers y protección), feedback por hitos y un repositorio de plantillas y notas. La bolsa de trabajo conecta con necesidades reales de fabricantes, integradores y consultorías en movilidad eléctrica, renovables, automatización y centros de datos.

Modalidades

• Presencial/online/híbrida: laboratorios remotos con instrumentación virtual y kits de desarrollo.
• Grupos/tutorías: cohortes reducidas con mentoría técnica en proyectos reales.
• Calendarios e incorporación: inicios mensuales y tracks intensivos de 6–12 semanas.

Procesos operativos y estándares de calidad

De la solicitud a la ejecución

1. Diagnóstico: auditoría técnica (η, pérdidas, térmica, EMI) y económica (BOM, CAPEX/OPEX).
2. Propuesta: comparativa Si vs SiC/GaN con escenarios y sensibilidad (frecuencia, magnetismos, cooling).
3. Preproducción: prototipo, validación, DFMEA/PFMEA, plan de pruebas y criterios de aceptación.
4. Ejecución: fabricación piloto, control de procesos, QA y preparación de certificaciones.
5. Cierre y mejora continua: lecciones aprendidas, roadmap de coste y rendimiento, y escalamiento.

Control de calidad

• Checklists por servicio: drivers, layout, snubbers, aislamiento, selección de pasivos, protección.
• Roles y escalado: definiciones de responsabilidad y umbrales de intervención.
• Indicadores (conversión, NPS, alcance): tableros integrando KPI técnicos y de negocio.

Casos y escenarios de aplicación

Electromovilidad: OBC y tracción

Un cargador a bordo (OBC) de 11 kW rediseñado con totem-pole PFC SiC y etapa LLC a 150 kHz incrementó la eficiencia del sistema de 94,8% a 96,7% y redujo el volumen total en 37%. La disipación térmica se redujo un 28%, permitiendo un ventilador de menor potencia y un disipador 30% más compacto. KPIs: η +1,9 pp, W/L +1,6x, BOM -12% a nivel de sistema, tiempo de carga -7%, EMI dentro de CISPR con filtro 22% más pequeño, y MTBF proyectado +18% gracias a menor Tj media. En inversores de tracción a 800 V con SiC MOSFET, se observó +2,4 pp de eficiencia pico y un 20% menos de pérdidas en conducción a cargas medias, con modulación optimizada y dead-time reducido, aumentando autonomía un 4–6% según ciclo.

Centros de datos: PSUs de alta densidad

Un suministro de 3 kW para racks 48V con GaN HEMT alcanzó 98,3% de eficiencia pico con etapas totales a 400–500 kHz, filtros compactos y topología resonante. La densidad de potencia subió de 30 W/in³ a 65 W/in³, reduciendo el espacio por servidor y el coste de refrigeración un 15%. KPIs: PUE -0,04 puntos, TCO -8% a 3 años, y tasa de fallos en campo -22% frente a generaciones anteriores. La reducción de pasivos y el control de ringing mediante layout Kelvin y drivers con control de dV/dt mantuvieron EMI dentro de margen sin sobre-dimensionar filtros.

Fotovoltaica y almacenamiento

Inversores string PV de 50 kW con SiC obtuvieron 99,1% de eficiencia pico y 98,4% CEC, con un 25% menos de peso y reducción de LCOE estimada del 3–5% por menor pérdida en conversión y simplificación de cooling. La operación a mayor temperatura ambiente sin derating mejoró la disponibilidad anual un 1,2%. En sistemas de almacenamiento con bidireccionales SiC, la posibilidad de conmutar a mayor frecuencia redujo tamaño de magnetismos y mejoró la respuesta dinámica, manteniendo THD <2,5% bajo variaciones de carga.

Guías paso a paso y plantillas

Evaluación Si vs SiC vs GaN a nivel de sistema

• Definir objetivos: η objetivo, W/L, restricciones térmicas, coste y normativas.
• Modelar pérdidas y magnetismos: comparar a igualdad de potencia y frecuencia, evaluando pasivos y cooling.
• Construir el business case: CAPEX vs OPEX y TCO a 3–5 años con escenarios y sensibilidad.

Checklist de layout WBG de baja inductancia

• Bucle de potencia mínimo: rutas cortas y anchas, planos apilados, retorno cercano.
• Fuente Kelvin y separación de gate power/drive: minimizar Ls y Lg, resistencia de gate adecuada.
• Plan de tierra, apantallamiento y sensores: evitar bucles de medición y acoplos no deseados.

Procedimiento de prueba de doble pulso

• Configurar condiciones: Vbus, corriente objetivo, Rg, y sonda diferencial de banda suficiente.
• Medir di/dt y dv/dt, ringing y pérdidas de conmutación (Eon/Eoff) en condiciones reproducibles.
• Iterar Rg y snubbers, verificar estabilidad térmica y capturar datos para ajustes de EMI.

Recursos internos y externos (sin enlaces)

Recursos internos

• Catálogos/guías/plantillas: matrices de selección, plantillas DFMEA/PFMEA, checklist de layout y drivers.
• Estándares de marca y guiones: formatos de demo, estructura de case studies y guiones de videos técnicos.
• Comunidad/bolsa de trabajo: red de especialistas en WBG, EMC, térmica y certificación.

Recursos externos de referencia

• Buenas prácticas y manuales: notas de aplicación de fabricantes de SiC/GaN y libros de topologías resonantes.
• Normativas/criterios técnicos: EMC, seguridad eléctrica, ambientales y guías de fiabilidad JEDEC.
• Indicadores de evaluación: eficiencia estandarizada (pico, carga parcial), MTBF y métricas de PUE/OEE.

Preguntas frecuentes

¿Cuándo elegir SiC o GaN?

SiC favorece aplicaciones de media/alta tensión y potencia (400–1200 V y más), con robustez térmica y de conducción. GaN destaca en alta frecuencia y potencias medias, óptimo en 65–650 V con alta densidad.

¿Cómo impacta el coste unitario en el TCO?

Aunque el coste por dispositivo sea mayor, la reducción en pasivos, magnetismos y disipación, más la mejora de eficiencia, suele reducir TCO (3–5 años) y acelerar el retorno.

¿Qué riesgos técnicos son más comunes?

Ringing por inductancias parásitas, sobre-tensión transitoria, elección inadecuada de gate drivers y EMI. Se mitigan con layout correcto, Rg y snubbers, drivers con control de dV/dt y precompliance temprano.

¿Qué certificaciones influyen en el diseño?

EMC/EMI, seguridad eléctrica, aislamiento, térmica y confiabilidad según el sector (industrial, automoción, telecom). La planificación de pruebas desde el diseño evita retrabajos y retrasos.

Conclusión y llamada a la acción

SiC y GaN consolidan una ventaja sistémica en eficiencia, densidad y fiabilidad que se traduce en márgenes superiores, TCO reducido y tiempos de lanzamiento más cortos. Una ejecución disciplinada, con métricas compartidas y una arquitectura de pruebas sólida, permite acelerar la adopción con bajo riesgo. El siguiente paso es activar una evaluación estructurada, definir un PoC con criterios de éxito claros, y desplegar un plan de industrialización con gobernanza de calidad y cadena de suministro preparada.

Glosario

WBG (Banda prohibida ancha)

Familia de semiconductores con mayor banda prohibida que el silicio, habilita mayor tensión de ruptura y conmutación más rápida.

SiC (Carburo de silicio)

Material WBG con alta conductividad térmica y robustez para aplicaciones de media/alta tensión y potencia.

GaN (Nitruro de galio)

Material WBG con excelente comportamiento de conmutación a alta frecuencia, ideal para alta densidad en potencias medias.

Double pulse test

Prueba de laboratorio para caracterizar pérdidas de conmutación, di/dt y dv/dt y validar el diseño del driver y el layout.