8月10日，Power Electronics News发布了对英飞凌RIC70115抗辐射GaN HEMT栅极驱动器的技术解析。该器件专为卫星及其他高可靠性空间应用设计。在线上媒体简报会上，英飞凌HiRel空间产品高级营销经理Blake Soileau和产品应用工程师Manuel Alva就该新器件提供了详细解读。

图1：RIC70115采用16引脚LCC陶瓷封装

“功率-尺寸悖论”

新太空领域的兴起降低了太空任务的经济和技术门槛。因此，越来越多的小型卫星被送入轨道，2025年发射数量超过4000颗（较2023年几乎翻倍）。

英飞凌演讲者指出，一个长期市场趋势是抗辐射CPU和FPGA的特征尺寸正与其商用产品遵循相同的微缩曲线。这意味着当今的卫星可以在相同尺寸内集成比以往更强的计算能力。

然而，设计人员和系统集成商必须应对严苛的要求。太空行业需要在越来越小、越来越轻的卫星平台上提供更高的计算能力，而更多的处理能力需要更多的电力来驱动。

Blake Soileau解释道：“我们正处于一个独特的行业位置，正经历范式或根本性转变——需要解决日益增长的功率密度差距，以适应不断增长的计算能力需求，同时还要缩小功率解决方案的尺寸。”

英飞凌认为，GaN是弥合这一差距的天然技术。与传统硅MOSFET相比，GaN晶体管开关速度更快、损耗更低，从而能够实现更小的磁性元件（电感器和变压器）、更高的功率密度和更轻的重量。这些特性满足了新太空的需求——卫星星座的数量和复杂性都在不断增长。

器件特性与关键参数

RIC70115是一款非隔离式栅极驱动器，可在高侧和低侧配置下工作，驱动GaN HEMT或硅MOSFET。 据英飞凌介绍，这种双配置能力是该器件的关键差异化特性之一。Soileau表示：“该器件具有非常高的集成度，在设计基于GaN的电源解决方案时大大简化了客户的工作。”

栅极驱动器支持4.75V至15V的宽输入电源范围，并提供严格稳压的4.8V驱动电压（非常适合GaN HEMT和逻辑电平硅MOSFET）。它提供1.5A和2.5A的源极和漏极驱动电流，传播延迟匹配低至0.4ns（典型值） ，以及可选的135ns可编程输入消隐时间用于额外信号滤波。

抗辐射性能符合HiRel空间产品标准：总电离剂量耐受100krad(Si)，单粒子效应无闩锁、烧毁和栅穿，单粒子瞬态特性表征至线性能量传输81.9MeV·cm2/mg。

两大特色：真差分输入与米勒钳位

真差分输入解决了高频开关电路中的已知失效模式。 如图2左侧所示，在传统栅极驱动器中，输入引脚直接参考控制器的输出和共用接地。在快速开关转换期间，驱动器与控制器之间的寄生接地电感会产生电压尖峰，其幅度足以被驱动器误读为有效的开启或关断指令。

图2：TDI提供对地弹跳的抗扰性

这种现象称为地弹跳。由于GaN晶体管可以极快的速度开关（数百kHz），具有陡峭的dV/dt率，因此可能受到此问题的影响。

而RIC70115的TDI电路评估两个专用输入引脚之间的电压差，而非将单个输入参考到地。控制器与驱动器输入引脚之间串联的电阻使电路能够“在快速开关转换期间保持该电压，意味着栅极驱动器不会看到来自控制器的任何假开启电压，”Alva表示。

Alva补充道，实际好处是双重的：增强了抗噪能力，并使高侧和低侧操作均可使用单个驱动器组件实现（图3）。据英飞凌介绍，目前在空间市场上没有竞争器件提供此功能。

图3：RIC70115可用于典型半桥配置的低侧和高侧

第二个关键特性米勒钳位解决了一个相关但不同的问题。当GaN晶体管处于关断状态时，半桥配置中另一个开关上发生的快速漏源电压变化，会通过器件的寄生米勒电容感应出电流，迫使栅极电压超过其阈值，导致非预期的开启。

如果此问题未得到管理，可能导致直通——高侧和低侧晶体管同时导通的危险状态。

RIC70115驱动器提供专用CLAMP引脚，在关断期间将栅极保持在接地电位，避免了这种潜在开启，无需负栅极驱动电源。此特性还允许设计人员无需通过使用更大的栅极电阻来抑制尖峰从而降低开关速率。

其他相关特性包括集成的低压差稳压器，直接从5V或12V系统总线生成驱动器的4.8V电源轨。据演讲者介绍，这种集成消除了对独立的栅极驱动外部电源的需求，有助于实现更小的尺寸。

空间电源架构中的关键位置

图4显示了RIC70115在典型卫星电源架构中的应用场景，包括中间总线转换器、二次母线调节器和负载点调节，为FPGA、ASIC和SoC器件供电。

如图所示，栅极驱动器可与GaN晶体管配对，如英飞凌的IG1NT052N10R——一款100V抗辐射GaN HEMT。在此配置中，RIC70115形成了驱动器+晶体管组合，简化了卫星电源设计人员的元件选择。

图4：RIC70115适用于中压中间总线转换器、二次母线调节器等场景

实测对比：性能与尺寸优势

为支持评估，英飞凌发布了RIC70115EVAL1，这是一款半桥板，将两个RIC70115驱动器与两个100V/52A抗辐射IG1NT052N10R GaN HEMT组合在一起。评估板可配置为降压、升压或其他常见开关拓扑，并可配备可选的板载输入死区时间发生器。

实测数据显示，基于GaN的组合比相当的硅MOSFET设计实现了约50%更小的解决方案尺寸，且在更高输出电流下效率显著提升。对比测试在28V至12V、500kHz工作点下使用6.8μH电感器进行。

竞争优势

简报以问答环节结束。当被问及RIC70115与空间抗辐射市场中其他制造商产品的比较时，Alva表示：“没有一款驱动器可以同时用于高侧和低侧操作。”

关于封装，Soileau确认英飞凌了解塑封抗辐射和耐辐射选项——除了初始版本采用的陶瓷封装——对于需要不同风险等级的应用可能有用。他表示英飞凌正在积极研发，但目前尚无产品。

关于向后兼容性，英飞凌澄清RIC70115支持英飞凌较新的逻辑电平硅MOSFET系列，但不支持公司较旧的需要更高栅极电压的传统硅器件。

“传统硅MOSFET，如我们的R4、R5和R6系列，通常需要12V及以上用于栅极驱动应用。因此，RIC70115不适用于这些传统的硅基MOSFET。然而，新栅极驱动器适用于驱动我们的新逻辑电平系列R8和R7，相比传统MOSFET系列提供了一些性能改进，”Alva表示。

该器件计划按照MIL-PRF-38535 Class V进行认证，这是英飞凌的全空间和飞行等级筛选标准。

信息来源： Power electronics news

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