如今，我們正處于電力電子新時(shí)代的早期階段，而這個(gè)時(shí)代將持續(xù)到未來(lái)幾十年。在這個(gè)階段中，寬禁帶半導(dǎo)體材料將會(huì)發(fā)揮自己的作用。
電動(dòng)汽車、車載充電器、電動(dòng)汽車充電站、太陽(yáng)能、風(fēng)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)市場(chǎng)正在快速增長(zhǎng)?，F(xiàn)在，配備電池供電或混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的電動(dòng)汽車需求量很大，最終將取代汽油和柴油汽車。這些車輛由交流電網(wǎng)連接供電，其中車載充電器為車輛電池充電，或者在充電期間直接連接到車輛電池的外部直流充電器以高速充電。從能源和環(huán)境的角度來(lái)看，汽車使用通過(guò)燃煤發(fā)電的電廠電力驅(qū)動(dòng)汽車是沒(méi)有意義的，因此太陽(yáng)能或風(fēng)能產(chǎn)生的能量會(huì)在需要時(shí)儲(chǔ)存和使用，儲(chǔ)能系統(tǒng)也發(fā)展迅速。高效率和高功率密度是上述應(yīng)用的特點(diǎn)。車載電動(dòng)汽車充電器不應(yīng)占用過(guò)多的車內(nèi)空間，新開(kāi)發(fā)的車載充電器將和原來(lái)的充電器尺寸大小一致，但必須能夠提供兩倍的功率；太陽(yáng)能發(fā)電廠中使用的太陽(yáng)能逆變器采用模塊化單元建造，可由兩個(gè)人移動(dòng)，在不增加重量的情況下增加模塊化單元的功率是太陽(yáng)能逆變器的主要發(fā)展趨勢(shì)。電子電力行業(yè)另一個(gè)快速增長(zhǎng)的領(lǐng)域是數(shù)據(jù)中心使用的組件。隨著云計(jì)算、人工智能和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的使用增加，數(shù)據(jù)中心使用的組件將加速增長(zhǎng)。不間斷電源為這些數(shù)據(jù)中心提供可靠的電力。許多電源安裝在數(shù)據(jù)中心的電子設(shè)備板上，將主輸入電壓轉(zhuǎn)換為48V后，進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為低電壓，用于驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)中心的處理器、FPGA和內(nèi)存。
在這些背景下，硅功率半導(dǎo)體正在被SiC和GaN功率開(kāi)關(guān)所取代。SiC和GaN是寬禁帶半導(dǎo)體材料。與傳統(tǒng)的硅基電源開(kāi)關(guān)（例如IGBT和硅MOSFET）相比，這些材料使電源開(kāi)關(guān)能夠在更高的溫度、頻率和電壓下運(yùn)行。SiC和GaN經(jīng)常被放在一起討論，但在實(shí)踐中存在一些重要差異，實(shí)際用處也不一樣。GaN器件的總電容低于SiC器件。但是，SiC比GaN具有更高的熱導(dǎo)率和平坦的溫度系數(shù)，使其適用于大功率和高溫應(yīng)用。SiC用于650V以上器件的應(yīng)用，GaN 用于100V至650V的應(yīng)用，耐壓在 100V 左右的 GaN 器件用于從 48V 到更低電壓的中壓功率轉(zhuǎn)換。此外，用于云計(jì)算和USB PD應(yīng)用的AC-DC電源包括一個(gè)650V GaN電源開(kāi)關(guān)，此電壓是適用于AC-DC轉(zhuǎn)換的額定電壓。GaN的高頻特性使得電源的無(wú)源元件比以前小很多，使得整體解決方案極其緊湊。相比之下，SiC器件專為650V及以上電壓而設(shè)計(jì)。在1200V以上，SiC是各種應(yīng)用的最佳解決方案。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，太陽(yáng)能逆變器、電動(dòng)汽車充電器和工業(yè) AC-DC 轉(zhuǎn)換器等應(yīng)用都將轉(zhuǎn)向SiC。另外，SiC材料制作的固態(tài)變壓器很有前景，可以用半導(dǎo)體代替由銅和磁鐵組成的電流互感器，以提高效率、減少諧波和提高電網(wǎng)穩(wěn)定性。
電子電力的下一輪革命已經(jīng)到來(lái)，在SiC和GaN這種有前途的寬禁帶半導(dǎo)體材料的助力下，電力電子的未來(lái)也將是高效。
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