電力電子工程師不斷致力於設計具有更高效率和更高功率密度的設計，同時保持高可靠性並將成本降至最低。設計技術的進步和元件技術的改進使工程師能夠始終如一地實現這些目標。電力半導體是這些設計的核心，它們的改進對於更好的性能至關重要。在這篇EPC空間部落格中，我們將展示氮化鎵（GaN）電力半導體如何在空間應用的惡劣輻射環境中實現創新。

氮化鎵（GaN）電力半導體為高可靠性市場的設計師提供了相較於其矽電力MOSFET前身在電性能方面的突然且顯著的改進。表1比較了輻射加固的GaN和矽電力半導體器件的重要特性，以提高轉換器中的效率和功率密度。

雖然表1中的比較清楚地顯示了新電力半導體技術的優勢，但很難估計這將如何轉化為現實世界的電路性能，因為電力半導體是更大系統的一部分。我們將使用圖1中的電力半導體換向圖解釋這些器件特性對轉換器性能的理論影響，並描述使用VPT SGRB10028S DC-DC轉換器的創新現實世界產品設計的影響，如圖2所示。SGRB10028S具有100V輸入、12V至28V的可調單輸出、最高達400W的輸出功率以及超過96%的效率。SGRB轉換器採用相移全橋電路拓撲，GaN器件用於初級和次級同步整流器。

從表1中的第一項開始，V_DS，電力半導體的最大漏源阻斷電壓。V_DS必須足夠大以支持圖1中顯示的關斷狀態漏源電壓，並留有足夠的裕度；這還包括主要由電路中的寄生電感引入的電路電壓振鈴。大多數阻斷電壓取決於隔離變壓器漏感尖峰和設計的輸入和輸出電壓。因此，對於GaN和Si設計，電壓應力以及最大漏源阻斷電壓將是相同的。

R_DS(ON)，即器件的導通狀態漏源電阻，決定了導通損耗。在此設計示例中，為了滿足高功率需求，需要高電流，因此選擇了具有最低導通電阻的器件，這些器件在GaN和Si電力半導體之間相似，分別為26mΩ和28mΩ。雖然導通電阻相似，但電力半導體所需的器件面積和PCB空間卻大不相同。GaN電力半導體的大小約為Si MOSFET的十分之一。在

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