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当前，全球主要国家和地区都已经宣布了“碳达峰”的时间表。在具体实现的过程中，轨道交通将是一个重要领域。由于用能方式近乎100%为电能，且带动大量基础设施建设，因此轨道交通的“碳达峰”虽然和工业的“碳达峰”路径有差异，但总体实现时间将较为接近。在中国，这个时间节点是2030年之前。

在集成电路和分立器件领域，硅始终是应用最广泛、技术最成熟的半导体材料，但硅材料技术的成熟恰恰意味着难以突破瓶颈。为了打破固有屏障，半导体产业进一步深入对新材料、新工艺、新架构的探索。凭借着在功率、射频应用中的显著性能优势，第三代半导体逐渐显露出广阔的应用前景和市场发展潜力。

氮化镓 (GaN) 或碳化硅 (SiC) 器件也被成为第三代半导体，其禁带宽度约是硅器件的3倍，击穿场强约是硅器件的10倍，因而具有更高的耐压能力以及更低的导通压降，转换效率高，也更适应高温工作环境。与硅材料和SiC相比，GaN材料电子饱和漂移速率更高，适合高频率应用场景，因而在电力电子应用中，GaN器件可以在MHz以上频率工作，大大减小了对外围电路中电感器件的要求，从而可以成倍减少设备体积，减少铜等高成本原材料的用量，在开关电源应用上，明显优于硅器件。

第三代半导体指以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化锌（ZnO）和金刚石为代表的化合物半导体，该类半导体材料禁带宽度大于或等于2.2eV，因此也被称为宽禁带（WBG）半导体材料。

对紧凑但功能强大的电机的需求为设计工程师带来了新的挑战。为了尽可能提高小型电机的功率输出，工程师们开始转向高压和高频工作。硅 (Si) 金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 和集成栅极双极晶体管 (IGBT) — 它们都是传统开关模式逆变器（现代电机控制的重要组成部分）的基础 — 正在努力应对这些工作需求。有限的功率密度和击穿电压阈值限制了驱动电压，而高频工作所需的快速开关又推高了功率损耗，产生的结果就是效率低下、热量积聚。

面向电动汽车 (EV)、混合动力汽车和汽油车的电力电子市场持续增长，其中的硅 (Si) 和宽禁带半导体器件，如氮化镓 (GaN) 和碳化硅 (SiC) 器件，正在吸引着人们的极大兴趣。

第三代半导体产业化之路已经走了好多年，受困于技术和成本等因素，市场一直不温不火。

意大利血统让我不仅热爱意大利美食，就连汽车也是喜欢法拉利SF90 Stradale比雷克萨斯ES300多一些。SF是Scuderia Ferrari的缩写，90表示成立90周年，因此可以看出这是一款为庆祝法拉利车队成立90周年推出的公路跑车。SF90 Stradale是首款采用插电式混合动力电动汽车（PHEV）架构的法拉利跑车，其内燃发动机集成了三台电动机。尽管法拉利的混合动力汽车被誉为高性能的工程艺术品，但这款新的混合动力电动汽车更是具备超凡极致的表现（车辆仅在2.5秒内可达0-100公里/小时速度），创下了法拉利最新记录。

“节约能源”是我们都非常熟悉的口号，但全球能源需求短期内并不会下降。工业能源协会认为，到2040年，能源需求将比2018年增加约50%。乐观地说，只有三分之二的增长是来自可再生能源。经过简单的计算就可以知道，这意味着来自化石燃料的实际能量基本保持不变。你可能会认为，未来可再生能源的增加会让能源转换效率变得不那么重要。比如，无论你是否拦截太阳能并将其转化为电能，太阳能都能使环境变暖，并最终为负载提供热量。能量损失仍然是不必要的支出，特别是在目前可再生能源成本较高的情况下。因此在可预见的未来，石油和天然气仍会与太阳能、风能和其他能源混合使用，从能源到负载的能量转换效率仍然是主要问题。

根据国际能源署的数据，全球电能需求目前处于惊人的水平，预测到2020年将达到近30拍瓦。对于我们这些认为几千瓦的烤面包机就属高功率的普通人来说，这几乎是一个无法想像的数字。主要受亚洲经济体的驱动，这个数字一定还会增加，当然，现在有一项关注重点是通过可再生能源满足这种需求，以便缓解气候变化影响。截留太阳辐射、风能和其他绿色能源，在其转化为热量前提取电力，这样的方法应该没有净增温效应。但是化石燃料仍然是主要的能源，它们会释放出本来会被“锁定”的热量。因此，在从原矿到有用功的转换过程中，效率非常关键，较高的效率可以避免过多的能量损失到环境中，同时也节约了成本。 当今能源的主要用途是工业生产，特别是驱动电机，但数据中心消耗的能源也不少，此外电动汽车 (EV) 的充电需求在未来几年也会有爆炸性的增长。在这些应用以及从家用电器到手机充电器的许多其他应用中，都可以看到极力降低功耗的技术创新，它们都利用了“智能”技术，例如电动机的变频驱动器。这牵涉到使用电子电源，它们现在稳稳占据着业界的C位，能量转换损失比以往更低。在本文中，我们将着眼于设计人员在现阶段如何使用半导体开关技术，从而更容易地实现高效的功率转换器。