Современная электроника №9/2025

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 4 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 9 / 2025 В статье приведён обзор характеристик и схемотехнических особенностей компактных радиационно-стойких источников электропитания. Приводится сравнение источников с коммутирующими элементами на основе GaN-транзисторов с источниками на основе MOSFET-транзисторов. Таблица 1. Габариты и сопротивление в открытом состоянии GaN-транзисторов и MOSFET MOSFET 200 В GaN FET 200 В Сравнение Площадь основания 7,52×10,16 мм 5,7×3,9 мм В 3,5 раза меньше площадь у GaN-прибора Сопротивление канала в открытом состоянии RDS (ON) 0,13…0,4 Ом 0,028 Ом В 4,5 раза больше сопротивление у MOSFET Виктор Жданкин ( viktor0557@gmail.com ) Введение Повышение эффективности и умень- шение массогабаритных показателей всегда были в фокусе производства радиационно-стойких преобразова- телей. Ранее единственным возмож- ным вариантом для применения в качестве коммутирующего устрой- ства было применение радиацион- но-стойких MOSFET-транзисторов, с помощью которых можно наибо- лее эффективно использовать прин- цип оптимизации плотности тока для миниатюризации транзистор- ного ключа. Радиационно-стойкие MOSFET-транзисторы изготавлива- ются ограниченным числом произво- дителей и часто требуют некоторых усилий для приобретения. Некоторые известные производители преобразо- вателей напряжения для применения в бортовой космической аппаратуре вынуждены были приобретать пар- тии кристаллов коммерческого уров- ня качества, которые тщательно отби- рались для соответствия требованиям стандарта MIL-STD-883 «Test Methods and Procedures for Microelectronics» к элементам уровня качества Space (Class K). Не только наличие дефици- та, но стоимость, характеристики и размеры также делают их cложными для выполнения разработки эффек- тивного компактного источника питания. С недавними предложени- ями на продажу нитрид-галлиевых (GaN) полевых транзисторов этот фокус стал реальностью. В статье сделан фокус на 200-вольто- вых GaN-транзисторах, которые исполь- зуются в DC/DC-преобразователях с входным напряжением 100 В. Приве- дённые технические параметры полу- чены по результатам разработки пре- образователей напряжения серии SGRB120 компании VPT. В настоящее время самый малень- кий радиационно-стойкий MOSFET транзистор с блокирующим напря- жением 200 В предлагается в кор- пусе SMD-0.5, который имеет разме- ры 7,52×10,16 мм. Сопротивление в открытом состоянии R DS(ON) прости- рается от 0,13 до 0,4 Ом. Нитрид-гал- лиевый транзистор с блокирующим напряжением 200 В, предлагаемый компанией Efficient Power Conversion (EPC) Space, имеет размер 5,7×3,9 мм с сопротивлением канала в откры- том состоянии 0,028 Ом. Радиацион- но-стойкий MOSFET почти в 3,5 раза больше, чем GaN-транзистор, и к тому же MOSFET имеет более чем в 4,5 раза большее сопротивление кана- ла в открытом состоянии. Одними из компонентов с наибольшими потеря- ми в конструкции источника пита- ния всегда является коммутирующее устройство. Использование этой пре- образовательной технологии позво- ляет сделать резкий скачок вперёд показателям энергоэффективно- сти преобразователей напряжения, наряду с уменьшением общих мас- согабаритных показателей. В табл. 1 приводится сравнение некоторых параметров нитрид-галлиевых при- боров и MOSFET транзисторов с бло- кирующим напряжением 200 В. Нитрид-галлиевый транзистор име- ет несколько преимуществ – размеры, сопротивление в открытом состоянии и коммутационные характеристики, которые делают его привлекатель- ным для проектирования высокоэф- фективных DC/DC-преобразователей, однако он имеет некоторые отли- чия, которые не делают его прямой заменой для MOSFET. Ограниченное напряжение управления затвором и отсутствие паразитного внутрен- него (параллельного) диода являют- ся только двумя конструкционными проблемами, с которыми придёт- ся столкнуться при использовании GaN-технологии. Специалисты по преобразовательной технике ком- пании затратили много лет на совер- шенствование конструкции и имеют тысячи часов данных по ресурсным испытаниям для подтверждения надёжности и качества закончен- ной конструкции и отдельных GaN- приборов. В DC/DC-преобразователях серии SGRB120 применены GaN сило- вые транзисторы для обеспечения 400-ваттным преобразователям с вход- ным напряжением 100 В параметров мирового класса, наряду с этим соот- ветствуя всем жёстким директивам по снижению номинальных рабочих характеристик для космических при- менений. Компания работала с силовыми GaN-транзисторами в течение более 7 лет, выпустив несколько изделий для полётных применений. Партнёр- ство компании с EPC (Efficient Power Conversion) Space было решающим для продвижения радиационно-стой- ких GaN-полупроводников для приме-