从通过电信巨头和无线广播公司获取集中信息,到有线电话和有线电视的问世,早在30年前,人们与数据交互的方式就发生了翻天覆地的变化。而如今,高压电源的发展正遵循着相似的发展轨迹。
产品的尺寸和外形都在逐步缩小,而其所能实现的功率转换却越来越高。在日常生活中,人们对于功效、智能化和封装也提出了更多的要求。目前,移动设备的电池储能容量已经十分可观,并且仍在努力满足人们的使用需求和预期。
从更大规模的角度出发,我们看到数据中心也在不断成长,而其所消耗的电能总量也始终保持在70兆瓦以上。这是一个不容忽视的能量消耗,因为即使在它们闲置或准备处理网络搜索信息时也是如此。在汽车领域,电动车辆可以由一个800V的电池电源供电运行,同时支持12V和18V电压轨。要实现诸如此类的应用,就需要全新的功率器件以及不同电压域间高效的电力转换。
电力不再只由大型发电厂和长达数英里的AC供电线路进行传输。事实上,人们可以从屋顶的太阳能板上采集能量,然后再将它卖回给电网。一个安装在墙上、每天由太阳能板充电的电池可以提供充足的电能,从而无需再通过电网供电。甚至也许在未来的某一天,电动汽车也将成为一个储能中心。
就像数据不再集中,同时能够实现互联并以多种方式进行存储一样——从基于云端的服务器到随身携带的USB,发电、电能储存、电力配送和传输方面的巨大变化也都将对我们的生活和工作方式产生深远的影响。
不过,数据与电源之间的关系不仅仅是它们的演变方式相同。在如今的某些应用中,它们开始实现融合,并且能够通过下一代USB连接设备进行传输,同时通过集成芯片中的隔离隔栅,更加深入地嵌入到了高压应用中。这一系列的转变正在对半导体产业内的创新产生巨大影响。
能源效率
我们生活在高能耗的数字世界中。每一次查看社交媒体资讯、支付账单、下载电子书或发送电子邮件,都会使用位于巨大数据中心内的海量服务器。
当这些服务器准备处理或正在处理信息时,它们需要大量的电力。对于电力的需求维持了服务器的运行,同时也让更多的电动和混动汽车出现在路面上,而这种需求还为正处于上升趋势的电子化浪潮注入了新的活力。
随着这些创新逐渐融入到日常生活中,我们对于电能持续增长的需求将永无止境。能效的提升已经迫在眉睫。
突破性材料
与数据相似,目前电源的发展也千变万化。无论是从AC到DC、DC到DC或是DC到AC的高压电能转换,都需要高效的功率转换模块。随着电力需求不断增长,这些模块也随之需求更高效及性能更佳的技术,并且能够在严酷的条件下传送高压电源。
这正是以氮化镓、碳化硅和硅制超结为基础进行制造的先进技术的用武之地。相对于传统的硅制功率器件,这些材料的发热量更低,这也意味着它们可以高效地在多个电源之间传输高压电力,并且可以实现从一个电源到另一个电源的高效转换。
这些突破性技术需要复杂的电路架构和封装技术,而这些架构和封装技术已经完全不同于此前为半导体数十年的发展打下坚实基础的架构。此外,虽然传统CMOS技术已经普遍遵循摩尔定律,即每隔几年数据传输和处理速率就会加倍,这些全新材料大约每五到十年就会在高压功率密度方面取得突破性进展。