市場上的一個主要趨勢是為各種形狀和尺寸的電子產品增加能源效率。電子產品也有新的法規來滿足新的效率標準。因此，我們看到全球對下一代電器的需求，以滿足更嚴格的效率和功耗要求。例如，HVAC 系統曾經對 PSC 電機進行簡單的開/關控制。新聯邦風機能源評級法規要求所有爐子都配備電子換向電機 （ECM） 電機，能耗降低 40%。

新設備具有變速控制或恒定氣流控制等功能，以滿足不斷提高的效率標準。需要更改組件才能在新設備的設計和實施中啟用這些功能。功率半導體器件、傳感器和微控制器已廣泛用于新電器中，以最大限度地減少功率損耗并提高能源消耗效率。

挑戰在于整個能源供應鏈的復雜性增加，尤其是在綠色電網計劃方面。新的綠色計劃著眼于整個能源供應鏈，從使用碳化硅 （SiC） MOSFET啟用風力渦輪機和太陽能逆變器以實現高效發電，到將能量存儲在電池組中并以最小的功率損耗將電能輸送到負載。

對大功率解決方案（例如大功率 EV 充電）的需求不斷增長，這使長期存在的電網變得緊張；業界正在研究未來的解決方案，以緩沖電動汽車快速充電的峰值功率需求。隨著行業從化石燃料轉向移動性，需要對電動基礎設施進行重大改進才能滿足電動汽車的需求。如果沒有對電網進行徹底檢修——由于成本巨大，這不太可能——該行業需要找到方法避免在高峰使用期間使電網過載，這會導致諸如滾動停電以減少消耗等問題，如加利福尼亞州所見例子。

高效能源創造

綠色能源發電，例如風力渦輪機設計，必須提供最大的可用性以促進電網穩定性，這在本例中最適用于風力發電轉換器。因此，電網穩定性取決于提供動態能力、卓越功能和卓越可靠性的功率半導體器件。

能源轉換的原理在所有綠色系統中大致相同。來自一個或多個光伏 （PV） 面板的輻射和溫度相關能量從直流電壓轉換為交流電壓，以匹配當地電壓和相位要求。他們還將利用最大功率點跟蹤 （MPPT） 技術確保所有可用功率（取決于接收到的輻射）以最小的功率轉換損耗從 PV 面板提取。

這在歷史上是通過硅 MOSFET 器件實現的。隨著 SiC 和氮化鎵 （GaN） MOSFET 的進步，現在可以進一步改進高效的能源創造。

高效的能量儲存和傳輸

風能和太陽能等可再生能源的缺點是風并不總是吹，太陽也不總是發光。即使天氣配合，仍然存在將能量傳輸到電網的挑戰，電網有時可能距離很遠。這些挑戰需要通過電池組和高效的電力傳輸系統進行高效的能量存儲，以確保電網穩定性并減少電網電力傳輸過程中的能量損失。

最新的硅 MOSFET 技術與功率轉換的創新數字控制相結合，可以實現高效的能量存儲和傳輸，并通過采用新型寬帶隙 （WBG） 器件（如 SiC 和 GaN MOSFET）進一步改進。

高效的能源消耗

一旦能量到達電網并到達家庭和商業建筑，還有更多機會提高效率。市場上的一個主要趨勢是提高各種形狀和尺寸的電子產品的能源效率。還有新的法規要求電子產品滿足新的效率標準。這需要對這些系統的內容進行根本性的改變，從機電驅動到基于逆變器的電機驅動。

基于逆變器的電機驅動器在峰值負載時將效率提高 40%，并通過提供變速控制來進一步節省能源。使用 WBG 設備可提高效率并降低總體運營成本，同時也有助于保護環境。

得益于 SiC 和 GaN MOSFET 的進步，與最新的基于硅 MOSFET 的解決方案相比，從電網到電力計算機的系統功率轉換效率可以提高 1% 到 3%。雖然就絕對百分比而言聽起來并不多，但由于采用這些半導體技術而導致的功耗降低和成本節約對于大型能源用戶來說意義重大，例如擁有大型服務器群的大型數據中心運營商。

傳感器和數字控制在能效中的作用

高效的電能產生、傳輸和消耗需要通過數字技術進行智能控制和連接。通過添加 MCU 和 WiFi/BLE 解決方案，可以實現具有高級診斷和遠程控制功能的高效智能電網。

從功耗的角度來看，雷達傳感和溫度傳感等最新傳感器技術也有助于提高能源效率。傳感器向系統提供數據和信息，使控制器能夠做出有關應用程序的決策。在通過各種傳感器收集系統運行和環境信息后，MCU 會根據各種因素做出適當的決策，然后電源組件執行這些決策。

例如，傳感器可以確定房間內是否太熱，如果是，則調整 HVAC 溫度設置。當傳感器沒有檢測到人的存在時，例如在晚上或周末在商業辦公樓，它可以關閉 HVAC 系統。只要有人走進房間，HVAC 系統就會進行必要的調整以實現最佳運行。通過采用最新的傳感器技術和數字控制，可以顯著降低整體功耗。

為電動汽車準備電網

在一個現實世界的例子中，看看高效的能源消耗和不斷增長的電力需求如何結合在一起，我們可以檢查電動汽車的興起以及支持它們所需的基礎設施。

根據國際能源署的最新預測，到本十年末，預計將有大約 1300 萬輛電動汽車上路。為了滿足需求，電動汽車充電市場正在研究快速充電系統的儲能系統的實施。在典型配置中，會有一個能夠在 45 分鐘內為電動汽車充電的大功率充電器。問題是這種實施需要每個快速充電站 250 千瓦的電力。電網沒有設置為支持這種類型的峰值功率。因此，需要具有能量存儲和智能控制電力轉換和分配的創新電動汽車充電系統。

儲能通過本質上提供一個大型電池組來發揮作用，它在未來將成為相當于現在的加油站。該充電站將連接多個 250 千瓦的充電器，這將使人們能夠非常快速地為車輛充電。這通常會給電網帶來不可持續的峰值需求，但儲能系統將充當緩沖器。例如，電網將以 250 千瓦的恒定速率進入能量存儲系統，同時能夠在持續的峰值活動期間提供兆瓦范圍的輸出。

這是能源存儲的未來，您將看到它在全國范圍內實施，以幫助延長現有電網基礎設施的使用壽命。半導體對于電動汽車“加油站”設置中的智能電動汽車充電系統至關重要。最新的硅 MOSFET 技術和 WBG 器件的采用使電動汽車的電池能夠高效快速充電，并最大限度地減少對電網的干擾。

發電、傳輸、儲存和有效利用電力的過程涉及很多方面。找到與技術無關且可以幫助為您的應用程序設計和實施正確解決方案的合適合作伙伴至關重要。隨著越來越多的高功率應用進入市場，了解如何彌補老化電網的缺點可以在實現關鍵規模部署方面發揮重要作用。功率半導體正在引領潮流，并利用硅技術的進步，包括最新的 WBG 設備、數字控制和傳感器技術，以確保能夠有效地為未來的一切提供動力，從發電到消費。