Современная электроника №9/2025

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 6 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 9 / 2025 нения в космической промышленно- сти. Далее в статье рассматриваются технические характеристики отме- ченных несколькими наградами DC/ DC-преобразователей серии SGRB для иллюстрирования улучшений раз- меров и эффективности, полученных при использовании GaN-транзисторов в сравнении с традиционными тран- зисторами MOSFET. Обширный обзор полупроводни- ковых приборов на основе нитри- да галлия, структура полевого GaN- транзистора, созданного компанией EPC Space, некоторых модульных бло- ков на основе GaN-транзисторов, кон- кретных применений электроэнер- гетических систем в космических проектах сделан в публикациях [1], [2]. Эффективность Чрезвычайно высокий КПД и высо- кую рабочую частоту коммутации воз- можно обеспечить при использовании GaN-технологии. Приведённые далее данные относятся к модулям серии SGRB12000S, которые выполнены по двухтактной мостовой схеме со сдви- гом фазы c рабочей частотой комму- тации 500 кГц, имеющими выходной каскад с синхронным выпрямлени- ем. Номинальное входное напряже- ние модулей 100 В, выходные напря- жения 12, 15, 28 и 50 В при выходной мощности 400 Вт. На рис. 1a показана структурная схема моделей преобра- зователей с выходными напряжения- ми 15, 18 и 28 В, а на рис. 1б показана схема модели SGRB12050S с выходным напряжением 50 В. В схеме модуля с выходным напряжением 50 В несколь- ко иначе выполнена схема выходно- го фильтра (последовательно соеди- нённым конденсаторам параллельно установлены высокоомные резисто- ры для равномерного распределения напряжения между конденсаторами) и установлены развязывающие диоды в цепях стоков транзисторов синхрон- ного выпрямителя. Мостовая структура содержит тран- зисторные GaN-ключи Q1, Q2, Q3 и Q4, управляемые таким образом, что ком- мутация ключей первичной цепи осу- ществляется в моменты перехода напряжения через нуль при поддер- жании постоянной частоты переклю- чения. Включённые последователь- но с трансформатором дроссель L К и индуктивность рассеяния с раздели- тельным конденсатором С K образу- ют последовательный резонансный контур. Через транзисторные клю- чи протекают резонансные токи, что позволяет формировать опти- мальные траектории переключения транзисторов. Одним из ведущих факторов для высокой эффективно- сти является низкое сопротивление в открытом состоянии нитрид-галли- евых полупроводниковых приборов. Во многих конструкциях специали- сты по преобразовательной техни- ке используют быстродействие GaN- компонентов для повышения рабочей частоты. В данном случае была выбра- на топология с переключением при нуле напряжения для обеспечения наилучших общих характеристик в отношении размеров. Для существенного снижения потерь мощности в выходном выпря- мителе применяется схема синхрон- ного выпрямления на транзисто- рах Q5 и Q6, которые управляются ШИМ-контроллером и драйверами затворов, расположенными на сто- роне синхронного выпрямителя, что позволяет уменьшить длитель- ность фронтов управляющих напря- жений на затворах транзисторов выпрямителя, что увеличивает КПД. Драйверы затворов, управляющие транзисторами синхронного выпря- мителя и мостового стабилизатора, без затруднений способны управлять даже несколькими запараллеленны- ми транзисторами. Управление син- хронным выпрямителем посредством контроллера исключает перекрытие зон открытого состояния двух клю- чей – вводится задержка между сиг- налами управления синхронных клю- чей – и устраняет режим короткого замыкания вторичной обмотки, что позволяет повысить КПД из-за исклю- чения токов короткого замыкания. Как отмечалось ранее, у GaN- тран- зистора нет паразитного диода, и при выключении у него образуется канал с обратной проводимостью. Поэтому для реализации преимущества GaN- транзисторов над кремниевыми MOSFET в синхронном выпрямителе необходимо обеспечить точное управ- ление «мёртвым» временем каскада – интервал между закрытием нижнего ключа и открытием верхнего ключа или интервал времени между закры- тием верхнего и открытием нижне- го ключа. Потери на проводимость в GaN-транзисторах снижают, умень- шая величину мёртвого времени. Низкое пороговое напряжение включения и небольшая ёмкость затвора GaN-транзисторов также соз- даёт некоторые проблемы при управ- лении ключами мостового преобра- зователя схемами драйверов. ШИМ-контроллер, расположен- ный на вторичной стороне, реали- зует полный набор видов защит, которые обычно обеспечиваются контроллерами, устанавливаемы- ми на первичной стороне источника питания. Биполярные интегральные микросхемы изготовлены по техно- логическому процессу, позволяюще- му изготавливать быстродейству- ющие приборы, обеспечивающие малые времена переключения сило- вых ключей, высокую рабочую часто- ту и малое время реакции источни- ка питания. 77 0 50 100 150 200 250 300 350 Входное напряжение 95 В Входное напряжение 120 В Входное напряжение 140 В 400 79 81 83 85 87 89 91 93 95 97 КПД, % Выходная мощность, Вт Рис. 2. Зависимость КПД преобразователя от мощности для модуля SGRB12028S при различных входных напряжениях при температуре +25ºС