国防电源中的氮化镓（GaN）半导体如何影响电容器的选择？
国防应用一般在高电压和宽温度范围内工作。它们要求元件具有更高的效率、更小的尺寸和更高的功率密度。由于宽带隙（WBG）半导体具备这些特性，因此国防应用和航空航天系统越来越多地使用氮化镓（GaN）来进行功率转换。
制造技术的进步和国防、消费市场对更高效、更小巧电源需求的不断增长，促使了氮化镓器件价格的下降。因此，它们正在慢慢取代硅基场效应晶体管（FET）电源。
当然，当改变电源中像半导体这样重要的元件时，也需要同时改变如电容器等其他元件，以符合新的设计规范。
本文将介绍陶瓷电容器的固有特性以及它是如何与基于氮化镓的电力电子设计的要求相匹配的。
氮化镓半导体的优点
与硅半导体相比，用于国防电源的氮化镓半导体具有以下优点：
• 降低导通电阻：导通电阻越小，消耗的功率通常越低，产生的热量也越少。
• 降低工作热量：氮化镓器件由于传导和开关损耗较低，因此产生的热量也较少，可延长元件的使用寿命、提高可靠性。
• 更小的物理占据空间：由于整个电源系统的功率密度高，器件可更加紧凑。
硅半导体转换为氮化镓半导体带来的变化
如果改用氮化镓，必须考虑系统变化对系统规格的影响。这些变化包括：
• 更高的开关频率：氮化镓器件的开关频率远高于硅绝缘栅双极晶体管。因此，电源可在更高的频率下工作，从而可以使用尺寸更小但具备同时保持相同能量存储能力的电容器。
• 更低的电压：使用氮化镓驱动电路所需的功率更低。作为参考，硅器件的工作电压在3kV以上，碳化硅为1.7kV，而氮化镓仅为650V。
• 更低的电感：氮化镓器件可在较低电感下工作，从而实现更快的开关速度并降低开关损耗。
• 易于并联：氮化镓可增加高效、高功率密度转换器的功率处理能力。与温度无关的阈值电压特性，使氮化镓半导体成为转换器并联的理想选择。
基于以上变化，在国防电源和其他行业中，陶瓷电容器非常适合与氮化镓半导体相匹配。
陶瓷电容器为何是最佳选择
• 降低过热几率：开关频率越高，电容器的纹波电流就越大。陶瓷电容器具备卓越的纹波电流处理能力，不会导致过热或过早老化。
• 更低的等效串联电阻（ESR）：频率越高，电容器的等效串联电阻（ESR）就越重要。较低的等效串联电阻可将电容器的损耗和压降降至最低。与其他电容器相比，陶瓷电容器的ESR值较低。
• 更低的等效串联电感 (ESL)：电容器的寄生电感 (ESL) 在高频时会成为限制因素。陶瓷电容器的等效串联电感较低，在高频应用中是首选，可最大限度地减少电压尖峰和潜在的电位振铃。
此外，陶瓷电容器还具备额定电压、温度稳定性、使用寿命和可靠性等方面的优势。
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随着氮化镓半导体的发展，我们正在进入一个效率更高、设计更紧凑、功率密度更大的应用新时代。随着GaN电源设计在汽车、医疗系统和先进科学应用等行业中的发展，专业的陶瓷电容器变得更为重要——因为在这些行业中，小尺寸和高效率是关键因素。
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