往时几十年间，东谈主口和经济行径的快速增长鞭策了全球动力消费的稳步增长体育游戏app平台，而况瞻望这一趋势还将合手续。这种增长是线下与线上行径共同作用的落幕。因此，数据中心的快速延伸权臣增多了全球电力需求。据臆测，2022 年全球数据中心耗电量约为240-340 太瓦时（TWh）。频年来，全球数据中心的动力消费以每年20-40% 的速率合手续增长[1]。

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图1 1910年以来全球二氧化碳排放量（单元：千兆吨）：总量（上）；按行业区别（下）

跟着动力消费的增多，筹议的二氧化碳排放量也在2022年达到创记录的37 千兆吨。为应付这一问题，海外动力署（IEA）提倡了一项全球计谋，制定了到2030年必须收尾的枢纽步履标的，旨在扭转排放弧线，并将动力行业加入到使全球变暖限度在1.5℃ 的军队当中[2]。

这些将在2030 年收尾的标的如下：

●   全球可再天真力装机容量增多三倍：达到11,000吉瓦

●   动力恶果提高速率加速一倍：至每年4%

●   提高终局用户的电气化进度：举例电动汽车、热泵

●   将化石燃料产生的甲烷排放量减少75%

●   将化石燃料的使用量减少25%

图2 电力链—— 从配电到用电

为了收尾这些标的，咱们必须找到科罚决策，以便在电力全链条（发电、输电、储电和用电）的各个圭臬收尾更智能、更高效的动力照拂。而功率半导体时刻则是这一链条各圭臬的中枢地点。

图3 可再天真力资本迟缓下落

电气化

在低碳化方面，鞭策往时占主导地位的化石燃料领域电气化，是减少二氧化碳排放的枢纽。近几十年来，电力在全球最终动力消费中的占比稳步飞腾，现已达到20%。翌日几年，这一比例将加速增长。在海外动力署的既定政策（STEPS）景况中，到2050 年，电力在全球最终动力消费中的占比瞻望将达到30%，而在“净零排放（NZE）”景况中，该比例将达到53%[2]。

图4 Si、SiC和GaN的输出功率与开关频率

1   清洁发电

如今，可再天真力发电约占全球电力坐褥的30%。在STEPS景况中，这一比例瞻望将提高到70%，在NZE 景况中，将提高到89%[2]。频年来，低碳化的努力依然初显成效——在往时15 年，可再天真力已从最高尚的动力变为最经济的聘请[3]。

图4 Si、SiC和GaN的输出功率与开关频率

2   CoolGaNTM时刻：以能效为中枢

在哄骗可再天真力进行清洁发电的同期，升迁能效相似是收尾低碳化标的的枢纽。这不仅需要瞎想出耗电量尽可能低的智能高效系统，还需要最大章程地减少这些系统中每一个功率调度圭臬的损耗。其中，后一个挑战是本文谈判的重心。在往时几十年中，硅（Si）基功率半导体得胜科罚了这一贫困。关联词，频年来功率半导体时刻的向上，催生了碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等宽禁带材料（WBG）时刻，它们为多种应用提供了独到而又权臣的恶果升迁和功率密度上风。

图4 展示了硅、SiC 和GaN 这三种功率半导体时刻的共存筹议。尽管硅基时刻仍是开阔应用的主流聘请，但SiC 时刻在需要使用400 V-3.3 kV 器件的诸多应用中，与前者互为补充，偶然提供更好的散热性能、更高的可靠性和更为紧凑的科罚决策。GaN时刻在40V-750V的低压范围内，与硅基时刻竞争强烈，荒谬是在高开关频率和较低的功率下，上风更为显明。再回到电气化的话题，尤其是建筑、工业和交通领域对电力的需求。在STEPS 景况中，到2050 年，建筑行业仍然是用电量最大的领域，原因是对家用电器、制冷与供暖，以及沸水的需求合手续增长；工业领域仍然是第二大用电行业，其中电动机占比较大。在STEPS 景况中，到2050 年，电动汽车瞻望将占总用电需求增幅的15%驾御，这是因为电动汽车销量将加速增长，成为用电需求增长的主要运行要素。

那么，该何如收尾具有性价比的发电链恶果升迁呢？

家喻户晓，星巴克在运营中凝视恶果升迁，勉力搁置坐褥流程中每一秒不消要的徒然[4]。相似，时刻科罚决策也应该专注于在瞎想中升迁每一个百分点的恶果。宽禁带半导体器件（荒谬是GaN）在这一领域将平坦大路。现在，GaN 时刻的一个典型应用是，升迁智高手机和条记本电脑的充电器恶果和功率密度，东谈主们大齐以为“GaN 充电器”比非GaN 充电器更新、更小、功率更高。关联词，这仅仅GaN 市集后劲的冰山一角。证明市集研究公司Yole Development 的2023 年GaN 证明，2023 年至2029 年间，GaN 时刻的累计潜在市集规模达到60 亿好意思元，包括劳动器、太阳能、电动汽车车载充电器和电机运行安装等多个领域也正在加速向这项改进时刻转型[5]。

图5 落幕2028年的GaN市集规模预测

在GaN市集，英飞凌凭借丰富的分立式和集成式科罚决策，以及匹配的限度器和运行器居品组合，获得了权臣认知。英飞凌的CoolGaNTM居品线在奥地利菲拉赫和马来西亚居林的两座200 毫米晶圆厂投产，并与代工合作伙伴密切配合，甚而领先建筑全球首项300 毫米GaN 功率半导体时刻。

天然高压GaN 开关（频繁在600 V 至900 V 之间）平素应用于PSU 电源和高压电机运行安装等AC-DC领域，但英飞凌最新推出的中压（MV） CoolGaNTM 居品组合正在开阔其他消费类和工业应用中崭露头角。这些居品的电压范围为40 V 至200 V，基于肖特基栅极时刻，与交流电压品级的最好硅基沟槽器件比较，具备更优异的性能野心（FOM）。

CoolGaNTM 氮化镓功率开关器件的优异FOM 升迁了多种应用的性能，并镌汰了系统资本，其中包括孤立DC-DC 稳压器、太阳能逆变器、D 类音频放大器、低压电机运行安装、劳动器/ 电信IBC 和LiDAR。

60 V-200 V CoolGaNTM 晶体管居品接纳3x3 和3x5PQFN（TSON）封装，使用高性能且经济高效的引线框时刻，比肩排放多个漏极/ 源极/ 栅极点子。由于GaN器件具有水平结构，统统三个端子（栅极、漏极和源极）齐位于芯片的并吞侧，并通过交错式拓扑结构引出。这种瞎想最大章程地镌汰了封装的寄奏效应（电阻和电感），并通过优化的热流通旅途，凯旋冷却CoolGaNTM电流通谈。

这三款40 V CoolGaNTM 器件是GaN 在硅基时刻的基础上作念出的进一步矫正，是一种双向开关（BDS），在导通时援助双向电流流动，在关断时提供双向电流电压阻断。再次收获于GaN 时刻的水平结构，这些器件分享一个寰宇源极区域，并配备两个漏极，在尺寸和资本上优于背对背硅基开关器件！

图6 CoolGaNTM BDS与背对背硅基MOSFET比较更检朴空间

3   收尾语

跟着动力消费的合手续增长，以及对可合手续发展的需求，咱们需要打造出好的瞎想、器件和系统，以最大章程地减少动力徒然。

正如文中所述，尽管2030 老迈向绿色翌日的标的是不错收尾的，但这条目在电力链中每一个圭臬齐高度海涵动力恶果的升迁。对此，GaN 时刻展现了在构建高效电力电子系统方面的广阔潜能，英飞凌的CoolGaNTM等改进居品不错在不增多物料清单（BOM）资本的前提下，减少再行瞎想的责任量。

参考文件：

[1] IEA: Data Centres and Data Transmission Networks;

https://www.iea.org/energy-system/buildings/datacentres-and-data-transmission-networks

[2] IEA: World Energy Outlook 2023; IEA; Paris;

https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2023

[3] Lazard: 2023 Levelized Cost Of Energy+;

https://www.lazard.com/research-insights/2023-levelized-cost-ofenergyplus/

[4] Starbucks Corporation: Recipe for reinvention: Starbucks unveils innovations for better customer, barista experiences;

https://stories.starbucks.com/stories/2022/recipe-for-reinvention-starbucks-unveils-innovationsfor-better-customer-barista-experiences/

[5] Yole Group: Power SiC and GaN maintain their growth trajectories toward beyond $10 B and $2.25 B, respectively,in 2029 despite the headwind from the global economy in the short term;

https://www.yolegroup.com/product/monitor/power-sicgan-compound-semiconductor-marketmonitor/

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