服務器電源，不間斷電源（UPS）和電動機驅動器等工業應用消耗了世界上很大一部分功率。因此，工業電源效率的任何提高都將大大降低公司的運營成本。結合更高的功率密度和更好的熱性能，對高效電源的需求呈指數增長。有幾個因素正在推動這一增長。首先是全球能源意識的提高，以及越來越迫切地更明智和更有效地使用能源。第二個是物聯網（IoT），它導致將各種新技術和服務引入工業應用。

借助工業4.0等智能行業計劃，機器，工廠和工作場所通過連接設備變得更加智能和意識，以實現更大的自治性，效率，可靠性和安全性。但是，工業自動化（例如機器人和機動生產線）伴隨著不斷增加的使用量和為這些系統供電的電力成本。為了保持競爭力，制造商需要能夠開發新的操作方法以降低工廠成本。他們還需要充分利用每平方米的占地面積，因為設備占地面積會直接影響運營成本。

能耗的影響還擴展到數據中心，該數據中心容納了支持工業應用程序的服務器。通過自動化，人工智能和機器學習來增加數據流量，反過來又增加了保持設備運行所需的處理資源。熱性能也很重要，因為數據中心消耗的功率中有20％用于保持數據中心冷卻。

對更高效率，更低成本的需求

由于工業設備通常以24/7全天候運行，因此效率的任何提高都可以在大大降低能耗方面迅速轉化為實際節省。解決能源問題的最直接方法是提高為這些工業系統提供動力的系統的能源效率。

正如Cree | Wolfspeed的創始人之一約翰·帕爾默（John Palmour）所說：“最便宜的電源就是您不使用的電源。”因此，行業，政府和制造商承受著巨大的壓力，要求開發更高效的電源。例如，諸如能源之星（Energy Star）和80 Plus之類的標準促進了電源裝置（PSU）的高效能耗。通過滿足這些標準，PSU OEM可以輕松地向要求苛刻的市場展示其系統的效率。電源設計人員面臨的最大挑戰是功率密度，熱性能和轉換效率這三個特性。此外，設計人員需要在最小化整體系統成本的同時滿足這些挑戰。

傳統的電源設計方法將繼續在這些方面提供一些改進，但是由于開發人員多年來一直致力于從這些系統中獲取更多收益，因此收益將受到限制。為了實現重大改進，需要新的方法。

碳化硅交付

碳化硅（SiC）是一種寬帶隙半導體基材。它可用作裸露的裸片基板，用于肖特基二極管，MOSFET和功率模塊等分立組件。

圖2：此圖顯示了20kW SiC AC / DC轉換器的效率。從這些實驗結果可以看出，該轉換器能夠實現大于98.5％的峰值效率，達到80 Plus Titanium標準。 [來源：Cree公司的Wolfspeed]

歷史上，硅（Si）被用作大多數電子應用的半導體基礎。但是，與SiC相比，Si是電源系統的低效基礎。 SiC提供了許多優于Si的優勢（見圖1）。

這些包括：

●與基于SiC的組件相比，基于SiC的組件具有更低的泄漏電流。這是因為電子-空穴對在SiC中產生的速度比在Si中產生的速度慢，從而在開關斷開時導致較低的泄漏電流損耗。

●SiC具有3電子伏特（eV）的寬帶隙，并且能夠承受大于Si八倍的電壓梯度，而不會發生雪崩擊穿。 SiC更高的臨界擊穿強度使它們能夠在與Si相同的封裝中承受更高的電壓。因此，與Si相比，可以在大約10倍的阻斷電壓下創建MOSFET之類的基于SiC的組件。因此，可以可靠地制造非常高電壓，高功率的設備，設計人員可以在更窄的范圍內工作以提供更高的性能。這些設備可以非常緊密地放置在一起，從而可以提高組件的包裝密度。

●較高的熱導率導致更有效的熱傳遞。 此外，較低的通態電阻可降低傳導損耗。

●SiC基組件具有更高的開關頻率。 更高的SiC開關頻率可使峰值效率> 98.5％，從而使系統有可能達到80 Plus鈦標準（見圖2）。

該圖顯示了20kW SiC AC / DC轉換器的效率。 從這些實驗結果可以看出，該轉換器能夠實現大于98.5％的峰值效率，達到80 Plus Titanium標準。 資料來源：Wolfspeed。

本文編譯自powerelectronicsnews。