今天，我們正處于電力電子新時代的早期階段，該時代將塑造未來幾十年。具有電池供電或混合動力發動機的電動汽車需求量很大，最終將取代汽油和柴油汽車。這些車輛從交流電網連接中獲取能量，在這種情況下，車載充電器為車輛電池充電，或從快速外部直流充電器充電，在充電期間直接連接到車輛電池。由于從能源的角度或從環境的角度來看，用燃煤發電站的電力為車輛提供動力是沒有意義的，因此對太陽能和風能的需求正在快速增長，同時儲能系統也在儲存能量以備不時之需。因此，電動汽車、車載充電器、電動汽車充電站、太陽能、風能和儲能系統的市場正在快速增長。

電力電子市場快速增長的一個例子

電力電子快速增長的另一個領域是數據中心使用的組件，這是由于云計算、人工智能和在線互聯網服務的使用增加。不間斷電源為這些數據中心提供可靠的電力。數據中心電子設備中的電路板包含許多板載電源，可將主輸入電壓轉換為 48 V，然后轉換為用于驅動數據中心中的處理器、FPGA 和存儲器的低電壓。

這些新應用需要高效率和高功率密度。車載 EV 充電器不應占用太多車內空間。車載充電器的新發展允許相同的空間，但必須提供雙倍的功率。公用事業規模太陽能農場中使用的太陽能逆變器是使用模塊化單元建造的，可以由兩個人移動。在不增加重量的情況下增加該單元的功率是太陽能逆變器的主要發展趨勢。最后，在電池供電的車輛中，更高的效率會轉化為更長的續航里程。更高的功率密度意味著更輕的車輛，這也將導致更長的行駛里程以及車輛設計的更大靈活性。

在這些應用中，硅功率半導體正被碳化硅和氮化鎵功率開關所取代。SiC 和 GaN 是寬帶隙材料，與傳統的硅基功率開關（例如 IGBT 或硅 MOSFET）相比，它們允許功率開關在更高的溫度、更高的頻率和更高的電壓下工作。

雖然它們經常一起被提及，但 SiC 和 GaN 之間存在一些重要差異，從而導致不同的使用領域。

對于給定的 R DS（on）和擊穿電壓，與 SiC 器件相比，GaN 器件具有更低的總電容。然而，與GaN相比，SiC具有更好的導熱性和更平坦的溫度系數，使得SiC在大功率和高溫應用中更受歡迎。SiC 在需要 650 V 或更高設備的應用中找到了自己的方法，而 GaN 在 100 V 和 650 V 之間的應用中找到了自己的方法。額定擊穿電壓約為 100 V 的 GaN 設備用于中壓功率轉換48 V 降至更低電壓。該電壓范圍適用于隔離總線轉換器的云計算和電信基礎設施。此外，用于云計算和 USB PD 應用的 AC/DC 電源將包含 650V GaN 電源開關，這是 AC/DC 轉換的正確額定電壓，具有 90 VAC 至 265 VAC 的通用輸入電壓范圍。GaN 的高頻率使得電源的無源元件可以小得多，從而形成極其緊湊的整體解決方案。

寬帶隙應用

相比之下，碳化硅器件專為 650 V 及更高電壓而設計。SiC 在 1，200 V 及更高電壓下成為各種應用的最佳解決方案。從長遠來看，太陽能逆變器、電動汽車充電器和工業 AC/DC 轉換等應用都將遷移到 SiC。

前面提到的新市場將推動新市場。對交流中壓電網電壓的高效功率轉換有著強烈的需求。碳化硅在固態變壓器方面具有廣闊的前景，其中目前的銅磁變壓器被半導體取代，從而提高效率，減少諧波，增強電網穩定性。電力電子領域的下一場革命已經來臨。嶄露頭角的 SiC 和 GaN 將有助于使電力電子的未來變得更高效、更緊湊，適用于各種應用。