宽带隙(WBG)半导体器件主要应用于哪？

集成宽带隙(WBG)半导体器件作为硅技术在多种技术应用中的替代品，是一个不断增长的市场，可以提供效率和功率密度的改善，在能源和成本节约方面有很大的反响。WBG具有更高的开关频率、更低的功率损耗和更高的功率密度。继续阅读，了解更多关于基于WBG的半导体器件的广泛应用。

概述

WBG材料将为未来的高性能应用提供动力。在某些情况下，SiC比GaN对某些关键应用有更大的好处，但最明显的是，它们从基于WBG材料的实现中获得的好处要多于传统基于硅的同类产品。

除图中所示的应用外，还包括太阳能解决方案、单相串逆变器、三相串逆变器、利用风能、辅助电源、核心电源、热插拔、服务器机架电源。其他应用还包括交通电气化解决方案，如电动汽车辅助电源、牵引逆变器、电动汽车充电、启动发电机和车载充电器。

宽带隙（WBG）器件的应用

基于WBG的设备具有巨大的冲击机会。应用空间包括电机驱动器，约占美国总电力需求的40%。据估计，目前安装的40 - 60%的电机可以受益于变频驱动(VFD)，它可以有效地适应速度和扭矩要求。

根据不同的应用，安装vfd可以减少10 - 30%的能源消耗。众所周知，用于大功率应用的传统vfd体积庞大，占用大量空间。使用基于WBG的vfd可以提高系统的尺寸、功率密度和效率，同时降低系统的整体成本。

据了解，2014年，数据中心的能源消耗约占美国总用电量的2%。大多数现代数据中心的电力输送体系结构由线路频率变压器、低压配电网络、集中备份单元和低效率的稳压器组成。

用于提高能源效率的策略包括从集成低损耗功率转换器到完成配电网络的重新设计。然而，电力输送网络的完全重新设计涉及到在空间有限和适当的热管理势在必行的机架级转换更高的电压。

需要注意的是，基于WBG设备的高功率密度转换器可以成为更高效系统的关键因素，因为更高的温度耐受性可以减少冷却负载，并进一步提高数据中心网格到芯片的效率。

航空航天工业是基于WBG的设备能够发挥作用的另一个领域。众所周知，与目前的商用飞机相比，更长的、更薄的和更轻的机翼可以减少50%的燃料消耗和碳排放。

实现这一目标，每年将减少大量的能源，但需要一种变革性的机翼设计，要求机电致动器。这些产品预计体积小、重量轻，在宽温度范围内运行强劲。此外，电气化可以减轻重量，提高效率。基于WBG的转换器也为航空运输业实现显著节能提供了途径。

在基于电网的应用中，如可再生能源集成(主要是太阳能和风能)，以及高压直流电(HVDC)和柔性交流输电系统(FACTS)等新兴领域，需要电力调节器来控制电流。这是通过以最适合负载的形式提供电压和电流来实现的。

传统的基于硅的电力电子器件要为这些应用中产生的大约4%的电力损失负责，并且被认为是已安装系统的主要故障点。新型的基于WBG的电子电路提供了一条降低系统级成本的途径，通过在更高的开关频率下工作，从而减少无源器件的尺寸，并降低整个系统的占地面积。

此外，通过允许光伏阵列在更高的电压下工作，这些电路将提高系统级效率。这反过来将使直流系统具有更少的电压转换或变压器，从而用DC-DC转换器取代传统的合成器盒。