根據IHS Markit分析，由于混合動力和電動汽車，電源和太陽能逆變器主要應用市場的需求，預計2020年碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）功率半導體的新興市場將達到近10億美元。全球主要功率半導體供應商TI、ST、Maxim、高通、ADI等紛紛搶攻推出新品。

圖：安森美半導體工業及云電源公司營銷及策略經理Ali Husain。

安森美半導體工業及云電源公司營銷及策略經理Ali Husain在日前接受<電子發燒友>關于電源設計的挑戰及趨勢主題采訪時表示，功率損耗和系統尺寸是電源設計的關鍵因素。相比以往電源系統設計使用的硅材料，碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等材料的更低損耗可降低功率損耗，使用這些寬禁帶（WBG）產品，使系統體積可以通過減少散熱器或增加開關頻率變得更小，從而使無源元件更小。

業界認為，由于SiC和GaN比Si材料高3倍的能量帶隙、10倍的介電場強以及更快的開關速度和熱導率。使得前者擁有更高的功率密度、更加環保，且能讓電源系統更小更薄、更優化的成本和較低的工作溫度和熱應力。整個第三代半導體系統比硅系統更好。

安森美半導體作為電源半導體重要供應商之一，投入了大量資金研發寬禁帶（WBG）產品。安森美半導體定位為以合理成本提供最可靠的WBG產品，產品范圍寬廣，涵蓋SiC二極管、SiC MOSFET和氮化鎵(GaN)，以滿足對電力電子設備更高能效、更小體積及更低溫度的要求。

以汽車應用為例，在汽車功能電子化的趨勢下，為實現更高的能效，要提高電池電壓，這就需要考慮寬禁帶方案。如SiC可用于要求小型化、高功率的應用，如牽引逆變器，采用400V電池的逆變器能效增加65%，采用800V電池的逆變器能效提升則可達80%。GaN則在車載充電(OBC)方面更有優勢，因為OBC的可用空間有限，而GaN頻率范圍更高，可縮減系統體積，降低開關損耗，實現更高能效。

另一方面，受可再生能源市場的快速增長推動，對電源和太陽能逆變器提出了更高的效率和功率密度要求，而搭載了WBG產品的高性能應用將完美解決這一問題。

Ali Husain指出，替代能源和能源儲存系統將繼續從較高功率系統轉向較低功率系統。這可以通過采用較小組的面板以最大功率點工作來增加太陽能電池陣列產生的總功率。此外，分布式能源資源，如住宅太陽能，存儲和虛擬發電廠，將有助于推動轉向更小電源轉換系統的發展。

不僅如此，WBG產品在照明領域節能90%，電力電子節能30%以上，系統體積減少三分之二。同時，它也是5G必須的基本材料。

Ali Husain表示，像碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）這樣的寬禁帶材料是提高功率密度和轉換效率以及減小尺寸的領先技術。由于這些材料具有較低的導電損耗并且還可以更高的頻率開關，電源系統設計人員可以在這些要求之間選擇新的，更好的權衡取舍。如選擇更高的頻率，諸如電容器和電感器的無源元件的尺寸可更小，或保持相同的開關頻率，但損耗可更低，并且可以使散熱器和整體尺寸更小。即使寬禁帶半導體的成本增加，但整個系統的成本仍可保持不變甚至更低。