節能降耗勢在必行 寬能隙半導體發展加速

2022.8月(第369期)高功率電源
2022.8月(第369期)高功率電源

【作者: 王岫晨】

電源與能源管理對人類社會未來的永續發展至關重要。由於全球能源需求正在不斷成長,因此必須控制碳排放,並將氣溫上升控制在1.5度以下,減排對此非常重要,但要實現這些要有科技的支援,包括可再生能源的利用。

僅就工業領域來說,如果能將電力利用效率提升1%,就能節省95.6億千瓦時(TWh)的能源。這意味著可以節省下15個核電站的發電量、減排3200萬噸二氧化碳,或者是數以千計的石油。可以看到僅僅是工業領域對電力利用效率的提升,就能夠有如此驚人的節能效果。而在這樣的條件之下,使得寬能隙半導體元件有了更寬廣的發揮空間。

發揮寬能隙元件優勢

意法半導體汽車和離散元件產品部(ADG)執行副總裁暨功率電晶體事業部總經理Edoardo MERLI指出,寬能隙技術已經在半導體市場上得到廣泛應用。碳化矽和氮化鎵兩種材料的特性略有不同。碳化矽主要用於汽車和工業領域的大功率系統設備。在汽車應用領域,中國和亞洲電動汽車蓬勃發展,市場成長速度明顯高於歐美國家,不過,歐美電動汽車產業也在迎頭趕上。這一市場趨勢適合碳化矽和氮化鎵技術應用發展。電動汽車的動力總成、車載充電器等系統,以及充電站都會用到碳化矽元件。而預期汽車和工業大功率電源解決方案將會快速、大規模採用碳化矽。

至於氮化鎵,相較於碳化矽,氮化鎵可能更適合低功率應用,但是氮化鎵的開關頻率更高,因此它可以讓系統級小型化,甚至比碳化矽更好,因此,氮化鎵非常適合很多消費性應用,例如,筆記型電腦的電源和行動裝置的電源轉接器。此外,因為氮化鎵還可以整合控制單元,所以可以用於開闢新的應用領域。氮化鎵還適合工業和汽車應用,特別是充電系統,但是,它必須提升可靠性,目前這項技術的可靠性還不高,畢竟還是一項新技術。還必須改進性能,以達到更高的開關頻率。

【欲閱讀更豐富的內容,請參閱CTIMES雜誌 2022 年8 月號第 369 期1 月號】

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