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)到未來幾十年。在這個(gè)階段中，寬禁帶半導(dǎo)體材料將會發(fā)揮自己的作用。
電動汽車、車載充電器、電動汽車充電站、太陽能、風(fēng)電和儲能系統(tǒng)市場正在快速增長。現(xiàn)在，配備電池供電或混合動力發(fā)動機(jī)的電動汽車需求量很大，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)境的角度來看，汽車使用通過燃煤發(fā)電的電廠電力驅(qū)動汽車是沒有意義的，因此太陽能或風(fēng)能產(chǎn)生的能量會在需要時(shí)儲存和使用，儲能系統(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)。車載電動汽車充電器不應(yīng)占用過多的車內(nèi)空間，新開發(fā)的車載充電器將和原來的充電器尺寸大小一致，但必須能夠提供兩倍的功率；太陽能發(fā)電廠中使用的太陽能逆變器采用模塊化單元建造，可由兩個(gè)人移動，在不增加重量的情況下增加模塊化單元的功率是太陽能逆變器的主要發(fā)展趨勢。電子電力行業(yè)另一個(gè)快速增長的領(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。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)的硅基電源開關(guān)（例如IGBT和硅MOSFET）相比，這些材料使電源開關(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。從長遠(yuǎn)來看，太陽能逆變器、電動汽車充電器和工業(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，在SiC和GaN這種有前途的寬禁帶半導(dǎo)體材料的助力下，電力電子的未來也將是高效。
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