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基于GaN器件的高效抗辐射DC/DC变换器设计
Design of High-Efficiency Radiation-Hardened DC/DC Converter Based on GaN Devices
| 作者 | 高东辉张伶鳦陈家海黄煜炜 |
| 期刊 | 电子元件与材料 |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 卷/期 | 第 44 卷 第 5 期 |
| 技术分类 | 功率器件技术 |
| 技术标签 | DC-DC变换器 GaN器件 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 混合集成 抗辐射 DC/DC变换器 GaN 半桥 高东辉 张伶鳦 陈家海 黄煜炜 电子元件与材料 Electronic Components & Materials |
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针对现有混合集成抗辐射DC/DC变换器输出功率小、效率低的问题，优化功率拓扑并采用抗辐射GaN开关管，研制了一款输入70～120 V、输出28 V/150 W的高效混合集成样机。详细研究了半桥拓扑、控制电路及GaN隔离驱动设计，完成了混合集成工艺分析，并计算了器件损耗。测试结果表明，在相同体积下，输出功率由120 W提升至150 W，功率密度提高25％，额定效率从85.4％提升至91.3％，验证了高功率密度、高效率设计的有效性。
针对当前混合集成抗辐射DC/DC变换器存在输出功率小、转换效率低等问题,在优化DC/DC变换器功率拓扑的基础上,采用先进的抗辐射GaN开关管,设计了一款70～120 V输入、28 V/150 W输出的高效混合集成抗辐射DC/DC变换器原理样机.首先对电路方案进行了详细研究,主要包括半桥拓扑结构工作原理分析、控制电路设计、抗辐射GaN隔离驱动电路设计等;其次对混合集成工艺方案进行了详细设计和分析;最后对抗辐射GaN器件的损耗进行了详细计算,对比了采用抗辐射GaN器件和采用抗辐射MOSFET的DC/DC电源效率.原理样机测试结果表明:在同等体积下,相比于现有产品,输出功率由120 W提升至150 W,功率密度提升25％,额定工况转换效率由85.4％提升至91.3％.理论分析与实验结果吻合,为抗辐射DC/DC变换器实现大功率、高效率和小型化提供了思路.
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SunView 深度解读
该GaN器件DC/DC变换器技术对阳光电源多个产品线具有重要应用价值。首先，91.3%的高效率特性可优化ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器的DC/DC变换环节，提升整机效率。其次，25%的功率密度提升对车载OBC和充电桩等空间受限场景具有显著价值。此外，70-120V输入范围的设计思路可用于储能双向变流和MPPT跟踪优化。该研究在GaN驱动隔离、半桥拓扑优化等方面的创新，为阳光电源新一代功率模块设计提供了重要参考。建议在产品中推广应用GaN器件，进一步提升功率密度和系统效率。