电力电子工程师不断努力设计更高效率和更高功率密度的产品，同时保持高可靠性并尽量降低成本。设计技术的进步和改进的元件技术使工程师能够持续实现这些目标。电力半导体是这些设计的核心，其改进对于更好的性能至关重要。在这篇EPC空间博客中，我们将展示氮化镓（GaN）电力半导体如何在太空应用的恶劣辐射环境中实现创新。

氮化镓电力半导体为高可靠性市场的设计师提供了突然且显著的电气性能提升，相较其硅电力MOSFET的前辈。表1比较了辐射加固的GaN和Si电力半导体器件的特性，这些特性对于电路设计师提高转换器的效率和功率密度非常重要。

虽然表1中的比较清楚地显示了新电力半导体技术的优势，但很难估计这种优势在现实电路性能中的转化，因为电力半导体是更大系统的一部分。我们将使用图1中的电力半导体换相图解释这些器件特性对转换器性能的理论影响，并使用图2中的VPT SGRB10028S DC-DC转换器说明其对创新现实产品设计的影响。SGRB10028S具有100 V输入、从12 V到28 V可调单输出、最大输出功率达400 W以及超过96%的效率。SGRB转换器采用移相全桥电路拓扑，GaN器件用于初级设备和次级同步整流器。

从表1的第一个条目开始，V_DS，即电力半导体的最大漏源阻断电压。V_DS必须足够大以支持图1中显示的关态漏源电压，并具有足够的裕量；这还包括主要由电路寄生电感引入的电路电压振荡。大部分阻断电压取决于隔离变压器漏电感尖峰和设计输入输出电压。因此，对于GaN和Si设计，电压应力以及最大漏源阻断电压将相同。

R_DS(ON)，即器件导通态漏源电阻，决定了导通损耗。在此设计示例中，需要高电流以满足高功率需求，因此选择了导通电阻最低的器件，分别为26 mΩ和28 mΩ的GaN和Si电力半导体。虽然导通电阻相似，但电力半导体所需的器件面积和PCB空间非常不同。GaN电力半导体的大小约为Si MOSFET的十分之一。在图2所示的设计中，GaN电力半导体占据了设计中一侧电路板空间的约5-10%；如果设计师使用10倍大的Si MOSFET，所占的电路板空间将跃升至50%以上。这将极大地影响其他元件的设计，尤其是磁性元件，迫使它们变得更小并限制使用集成磁性元件，这两者都会增加损耗并降低转换器效率。这样的优势不会在表1和图1中显示，但对系统性能有重大影响。

随着器件尺寸的缩小，损

David Reusch, Ph.D., Principal Scientist, VPT