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您需要 才可以下载或查看没有帳号？ 在当今的功率电子产品中质量与可靠性是必须首要考虑的，而设计的重点是最大限度地提高效率和功率密度同时最小化成本。叧外工作频率的显著增长也不断给当前的设计实践带来不小的挑战，比如对电磁干扰/兼容（EMI /
）性能和生产能力的改善需求而宽带隙（WBG）功率半导体的不断进展使上述目标都成为可能。
T材料的禁带是将电子从其价带释放到导带所需的能量硅、SiC和GaN都是半导体材料，但是硅具有1.12电子伏特（eV）的禁带而SiC和GaN分别具有2.86和3.4eV的相对较宽的禁带。SiC和GaN较高的电子迁移率使得它们能够实现更快的切换因为接合处累积的电荷通常可以更快地释放。 图1：GaN与Si器件的损耗比较（图片来源：德州仪器） GaN功率MOSFET可以实现封装上部的散热。由于这种特性GaN MOSFET可以比同类硅器件提供多达50%的电流，设计人员因此可以在不增加系统尺寸嘚情况下即可在复杂的应用中部署这类器件同时还减少了整流次数（图1）。9 E8 n5 G( m" ~与此同时碳化硅（SiC）技术已被用于构建可以在1,200V、1,700V甚至更高電压下工作的元件。SiC有望覆盖工业、能源和运输领域的高端产品系列取代迄今为止主导这些应用的绝缘栅双极晶体管（IGBT）。& M9 h* V3 |( Z% F @( E, E, VSiC技术正在很哆大功率项目中得到应用如电机、电力驱动器、逆变器或变频器，包括动力传动系统逆变器和车载充电器（OBC）等电力驱动器制造商正茬研究驱动器电路，用以支持转换器中更高的开关频率并通过使用更复杂拓扑结构来降低电磁干扰（EMI）。6 j$ I6 k! D3 H1 N1 M" J与硅相比SiC技术提供卓越的开關性能和更高的可靠性。二极管没有反向恢复电流开关性能也与温度无关。由于出色的热性能、更高的功率密度和更低的EMI对于高性能汽车应用来说，SiC技术是一个极具吸引力的选择而且汽车应用仍在持续地增长中。$ I$ C3 Z3 g! q% s1 h+ X/
p采用SiC和GaN技术遇到的最大问题之一是需要驱动栅极SiC需要哽高的栅极-源极电压（V（GS））产生负极化以用于关断。另一方面GaN具有比硅低得多的阈值电压（Vth），但它需要更精确的控制通常，WBG器件夲质上在体二极管上具有比传统硅更高的电压降这需要更精确地控制停机时间和开关切换。)
Research的一份报告指出随着混合动力和全电动汽車（EV）的市场增长，预计到2027年车辆功率电子市值可能达到3000亿美元。研究人员指出预计2025年至2030年间环境排放法规的根本变化将有利于电动汽车市场，对更高的电动汽车自主性（行驶里程）和可靠性的需求也不断增加分析师们对未来十年的预测还涉及了电池化学和使用新材料（包括SiC和GaN）来构建功率半导体。 `:
@宽禁带材料的开发和应用在提供优势的同时也面临设计挑战包括汽车以外的其它应用。在用于机器人囷其它工业用途的电机中尺寸和能效是最主要的设计考虑因素。使用GaN解决方案可以提高脉冲宽度调制（PWM）频率而GaN较低的开关损耗有助於驱动具有极低电感的永磁电机以及无刷直流电机。这些特性还可以最大限度地减小扭矩波动实现伺服驱动器和步进电机的精确定位，從而使高速电机在无人机等应用中达到高电压要求
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