英飞凌为卫星电源系统设计抗辐射

GaN在航天器电源转换中具备诸多优势：开关速度快、功率密度高、能更好地利用有限空间。然而，如果栅极驱动器成为短板，这些优势都无从谈起。驱动器必须在每个快速开关沿带来的噪声中保持稳定，同时承受辐射照射并持续运行数年。

英飞凌RIC70115是一款抗辐射栅极驱动器，面向高可靠性卫星系统中的GaN和硅功率级设计。英飞凌围绕这一设计中容易被忽视的环节开发了RIC70115。该抗辐射栅极驱动器兼容GaN HEMT和逻辑级硅FET，支持高侧和低侧配置。这种兼容性具有实际意义，因为卫星电源架构不太可能一次性从硅全面转向GaN，部分功率级会比其他更早完成过渡。

RIC70115的工作温度覆盖完整的军用环境温度范围-55°C至125°C，采用气密密封16引脚陶瓷LCC封装。英飞凌标称其总电离剂量耐受达100 krad(Si)，器件还在81.9 MeV·cm²/mg的线性能量传递下进行了单粒子效应表征。

这些规格在数据手册上可能只是几行数字，但它们针对的是两类不同的问题：总剂量在任务生命周期内逐渐累积，单粒子效应则可能在瞬间扰乱电路。栅极驱动器必须同时容忍两者，并在发射数年后仍能输出干净的开关信号。

辐射性能如果以牺牲功率级为代价则毫无意义。RIC70115可输出1.5 A源电流和2.5 A灌电流，具备快速充放电晶体管栅极所需的驱动能力。英飞凌还标定了低且匹配的传播延迟，绝对最大值为2.9 ns。在GaN开关速度下，微小的时序偏差可能增加损耗或产生难以预测的行为。

英飞凌计划对该器件按照MIL-PRF-38535 Class V进行电性能筛选和认证。

GaN的速度既是卖点，也是栅极驱动诸多难题的根源。快速开关沿并不总是乖乖待在开关节点，部分能量可能以电磁或射频干扰形式耦合到控制路径中。在卫星内部，电源、控制和通信电子设备可能挤在有限区域内，这一问题更加难以处理，物理隔离并非总能作为解决方案。

RIC70115通过真差分输入（TDI）级将输入作为差分对处理。同时出现在两条线路上的噪声被视为共模干扰并被抑制，而承载有效指令的电压差得以保留。简言之，这降低了耦合噪声被误认为真实开关事件的概率。

噪声抑制只是RIC70115的一部分。英飞凌还将通常布置在驱动器外围的多个功能集成到芯片内部。

集成低压差稳压器（LDO）可从5 V或12 V电源产生稳定的4.8 V栅极驱动供电。其电源输入范围为4.75 V至15 V，可与多种常见偏置电源方案配合工作，无需为栅极驱动器单独配置稳压器。

独立的米勒钳位处理快速功率级中的另一个常见问题：漏极电压的快速变化会通过晶体管的米勒电容推动电流，抬高本应关断器件的栅极电压。如果电压上升足够高，晶体管可能意外导通。集成钳位为该电流提供另一条路径，帮助在转换过程中保持器件关断。

RIC70115的架构集成了4.8 V LDO、欠压锁定、TDI输入级、独立的源/灌输出以及独立米勒钳位电路。LDO、TDI级和米勒钳位并未消除所有外部元件，但移除了多个原本需要单独选型、连接和认证的支持模块。更少的器件可以简化布局并减少潜在故障点。

英飞凌将这款栅极驱动器面向卫星平台和有效载荷设备，包括电源调节单元、配电单元和DC-DC转换器。这些是GaN的天然应用场景，效率和功率密度的提升可直接改善整体电源系统的体积和性能。

RIC70115的价值不在于某一项突出的规格参数，而在于将输入级、稳压栅极供电、输出驱动和保护功能集成到一个抗辐射封装中，可控制GaN或硅器件。卫星电源平台从硅向GAN的迁移很少是一次性切换——某个转换器或电源轨可能在系统其余部分之前很久就已更换。对两种晶体管技术的支持，使RIC70115在这种分阶段过渡中找到了自己的位置。