使用SiC提高工业应用的能源效率（1）

来源：罗姆半导体社区

包括服务器电源、不间断电源（UPS）和电机驱动器在内的工业应用消耗了世界上很大一部分电力。因此，工业电源效率的任何提高都将大大降低公司的运营成本。对于兼具更高功率密度和更好热性能双重优势的高效电源的需求，呈现出指数增长。有几个因素在推动这一增长。首先是全球能源意识的提升，能源是社会化生产不可完全替代的投入要素，能源效率作为国家或地区能源安全战略的重要组成部分，在节能减排、稳定增长的可持续发展道路上有重要支撑作用。以及日益迫切的对于更理智和更有效地使用能源的诉求。第二个是物联网（IoT），它推动了将各种新技术和服务导入工业应用。借助工业 4.0 等智能产业计划，机器、工厂和工作场所通过连接设备变得更加智能和具有意识，从而实现更高的自动性、效率、可靠性和安全性。

工业是能源消费的主要产业部门，而工业能源消费质量是衡量能源效率高低的主要标准。系统制造商对提高工业应用的效率越来越感兴趣。能源效率和降低成本的结合正成为关键的市场领导地位。 但是，随着采用工业自动化（例如机器人和电控化生产线）应用的不断增加、为这些系统供电的电力成本也水涨船高。为保持竞争力，制造商需要能够开发新的操作方法以降低工厂成本。

一、对更高效率、更低成本的需求

由于工业设备通常是 24 小时/天的全天候运行，因此效率的任何提高都可以立竿见影地大大降低能耗。解决能源问题的最直接方法是为这些工业系统提供动力的系统的能效。因此，行业、政府和制造商都面临巨大压力，需要开发出更高效的电源。例如，诸如能源之星（Energy Star）和 80 Plus 之类的标准促进了电源装置（PSU）的能效提升。通过满足这些标准，PSU OEM 可以轻松地向要求苛刻的市场展示其系统的效率。

电源设计人员面临的最大挑战是：功率密度、散热性能和转换效率这三个特性。此外，设计人员需要在最小化整体系统成本的同时满足这些挑战。传统的电源设计方法将会继续在这些方面提供一些改进。但由于开发人员多年来一直专注于从这些系统中获取更多效益，而相关效益并不是取之不竭的。所以，为了实现重大改进，我们需要新的方法。

二、SiC 能够做到

碳化硅(SiC)是一种Ⅳ-Ⅳ族化合物半导体材料，具有多种同素异构类型。其典型结构可分为两类：一类是闪锌矿结构的立方SiC晶型，称为3C或 β-SiC，这里3指的是周期性次序中面的数目;另一类是六角型或菱形结构的大周期结构，其中典型的有6H、4H、15R等，统称为α-SiC。与Si相 比，SiC材料具有更大的Eg、Ec、Vsat、λ。大的Eg使SiC可以工作于650℃以上的高温环境，并具有极好的抗辐射性能。碳化硅（SiC）是一种宽禁带半导体基础材料。它可用作裸片基板，也可以用于肖特基二极管、MOSFET 等分立器件以及功率模块。

历史上，硅（Si）被用作大多数电子应用的半导体基础材料。但与 SiC 相比，基于 Si 的电源系统在能效方面相形见绌。SiC 提供了诸多领先 Si 的优势。

审核编辑黄昊宇