GaN器件在空间级高可靠性正向转换器中的实际效益

随着科技的进步，氮化镓(Gallium Nitride, GaN)器件因其卓越的性能和高效率，在航天领域的应用越来越受到关注。本文发表在《电气与电子工程师学会新兴和精选电力电子期刊》(IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics)上，于2022年10月第10卷第5期，探讨了GaN器件如何在高可靠性正向转换器中发挥作用，特别是在空间飞行器中，其传统 MOSFET 技术所面临的辐射硬性限制是一个关键挑战。 尽管目前市场上辐射硬化的(GaN)高电子迁移率晶体管(GaN High Electron Mobility Transistor, HEMT)数量有限，但它们已经显示出显著的优势，可以提高空间级转换器的效率和功率密度。然而，GaN技术的研究常常侧重于未来潜在应用，将GaN用于已经成熟并经过空间认证的设计并不常见。本文的焦点在于评估现市可用的、经过空间等级认证的GaN HEMTs在异步正向转换器中的实际效益，这种转换器在隔离的、中等功率的直流-直流变换器中广泛采用，适用于各种卫星和其他空间设备。 正向转换器，特别是异步设计，对于航天器而言是至关重要的，因为它支持在不同电源条件下提供稳定的电压和电流。传统的硅基MOSFET由于其对辐射的敏感性，在太空环境中面临性能衰退的问题。而GaN HEMTs则展现出更好的抗辐射特性，能够在辐射环境下保持稳定的工作状态，从而确保系统的长期可靠性和性能。 作者Aidan Phillips、Thomas Cook（学生会员，IEEE）、Brian West 和 Brandon M. Grainger（资深会员，IEEE）通过严谨的实验和分析，量化了GaN HEMTs在提高转换效率、减少散热需求、以及减小系统尺寸方面的具体优势。他们的研究不仅提供了对现有GaN器件在空间应用中的实际效能评估，还为未来的空间级电源转换设计提供了有价值的参考依据，鼓励了业界在更广泛应用GaN技术的同时，进一步优化其在空间环境中的可靠性和效率提升。