功率半导体的改进对整个系统性能至关重要。设计技术的进步和改进的组件技术使工程师能够实现更高的效率和更高的功率密度，同时保持高可靠性和最小化成本。氮化镓（GaN）功率半导体是高可靠性电力系统的设计者，与之前的硅功率mosfet相比，它的电气性能有了前所未有的显著改善（见表）。

在功率半导体是更大系统的一部分的情况下，很难估计表中提到的GaN器件改进将如何转化为实际电路性能。

VPT SGRB10028S是一款基于EPC空间GaN技术的空间合格DC-DC转换器。它是一种耐辐射、高效率的器件，具有固定频率的降压开关拓扑，可降低输入和输出噪声。

SGRB系列是专门为高效、低噪声和抗辐射的星载通信而设计的。它的开发目的是提高供电效率，同时降低系统尺寸、重量和成本。

SGRB10028S具有100V输入、12-28V可调单输出、高达400W的输出功率和96%以上的效率。带GaN器件的移相全桥电路拓扑用于初级器件和次级同步整流器。

电压应力

表中的第一个条目VDS，最大漏源阻断，功率半导体的电压必须足够大，以支持图1所示的非状态漏源电压。这种阻断电压还必须有足够的裕度，包括电路电压振铃，主要由电路中的寄生电感引入。大部分阻断电压取决于隔离变压器漏感尖峰以及设计输入和输出电压。因此，对于GaN和硅（Si）设计，电压应力和最大漏源阻断电压将是相同的。

状态漏源电阻决定了传导损耗。在这个设计示例中，需要大电流才能达到高功率需求，并且选择了可用的最低导通电阻器件，这在GaN和Si功率半导体中分别是26mΩ和28mΩ。

虽然这两种功率半导体的导通电阻相似，但它们所需的器件面积和PCB空间却非常不同。

功率半导体大约是硅mosfet大小的1/10。图1显示，GaN功率半导体在设计的一侧占据了大约5-10%的电路板空间。如果设计者不得不使用10倍大的硅mosfet，电路板占用的空间将跃升到50%以上。这将极大地影响其他组件的设计，尤其是磁性元件，迫使它们变得更小，并限制集成磁性元件的使用，两者都会增加损耗和降低转换器效率。这样的优势在表和图1中没有显示，但对系统性能有重大影响。随着器件尺寸的缩小，损耗必须按比例降低，以避免成为设计中的热瓶颈。剩下的时间表与切换周期内发生的切换相关损耗有关。

栅极驱动损耗

闸电荷（QG）是开启设备所需的总量，如图1所示。对于GaN器件来说，它所需的闸电荷比硅器件低40倍，从而降低栅极驱动损耗。降低栅极驱动损耗的另一个好处是减少了辅助电源所需的功率，辅助电源通常占据显著的电路板空间，并且具有不可忽略的功率损耗。

栅极到漏极电荷（QGD），通常被称为米勒电荷，是指如图1所示，在电压换向期间的电荷。对于GaN器件，QGD比Si器件低30倍，从而降低了电压换相损耗。

门到源电荷（QGS）是达到目标所需的电荷量设备的阈值电压（QGS1）和上升到米勒平台电压（QGS2），如图1所示。对于GaN器件，QGS比Si器件低35倍，从而降低了电流换向损耗，这发生在图1的QGS2定时中。

输出电容（COSS）是漏极到源极和栅极到漏极电容的总和。在每个开关周期中，输出电容必须放电或软交换。对于GaN器件，在高（50V）和低（1.0V）阻断电压下，COSS分别比Si器件低3到10倍。在硬开关应用中，输出电容损耗与VDS2有关，较高的阻断电压和输出电容条件更重要。在软开关应用中，软开关通常是相对于VDS实现的，在较低的阻断电压下，较大的输出电容值更为重要。无论设计拓扑如何，GaN器件都具有较低的COSS相关损耗。

反向恢复（QRR）是mosfet体二极管中存储的电荷，必须在mosfet阻断电压之前进行放电，是同步整流器中的主要损耗源。对于没有少数载流子且QRR为零的GaN器件，反向恢复损耗明显低于Si器件。

正向电压

源极至漏极正向电压（VSD），在MOSFET中也称为体二极管正向电压，是同步整流装置关闭时的传导电压，在控制装置被指令打开之前，必须传导电流一段短的死区时间，如图1所示。

对于GaN器件，正向传导损耗是Si器件的1.5倍。与Si mosfet相比，GaN还具有显著更低的电荷/电容和相关损耗。

对于图2所示的设计，GaN功率半导体损耗降低了一个足够大的因数，使得GaN器件的尺寸仅为Si mosfet的十分之一，仍然不是系统的热瓶颈。