使用碳化硅提高工业应用的能源效率

工业应用程序，如服务器电源、不间断电源(UPS)和电机驱动器，消耗了世界上的很大一部分电力。因此，工业电力供应效率的任何提高都将大大降低公司的运营成本。结合更大的功率密度和更好的热性能，对高效电源的需求呈指数级增长。

有几个因素推动了这种增长。第一个是全球对能源意识的提高，以及更明智和更有效地使用能源。第二个是物联网(IoT)，它导致各种新技术和服务引入工业应用。

随着工业4.0等智能工业举措的实施，机器、工厂和工作场所通过设备的连接变得更加智能和意识更强，以实现更大的自主性、效率、可靠性和安全性。

然而，工业自动化，如机器人和机动生产线，随着这些系统的电力使用和成本不断上升。为了保持竞争力，制造商需要能够开发新的操作实践来降低工厂成本。他们还需要充分利用每平方米的建筑空间，因为设备占用面积直接影响运营成本。

能源消耗的影响也延伸到数据中心，其中包含了支持工业应用程序的服务器。通过自动化、人工智能和机器学习来增加数据流量，反过来又增加了保持设备运行所需的处理资源。热性能也很重要，因为数据中心消耗的高达20%的电力用于保持数据中心的凉爽。

对提高效率、降低成本的需求

由于工业设备经常全天候运行，效率上的任何提高都会迅速转化为在显著降低能源消耗方面的实际节约。解决能源问题最直接的方法是提高为这些工业系统提供动力的系统的能源效率。正如克里·|·沃尔夫斯比的创始人之一约翰·帕尔默所说，“最便宜的电力就是你不使用的电力。”

因此，来自工业、政府和制造商面临巨大压力，要求开发更有效的电力供应。例如，能源之星和80Plus等标准促进了电力供应单元(PSU)的高效能源使用。通过满足这些标准，PSUoem可以很容易地向一个苛刻的市场演示其系统的效率。

功率密度、热性能和转换效率是电源设计者面临的最大挑战之一。此外，设计师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继续在这些领域提供一些改进，但随着开发商多年来一直专注于从这些系统中榨取更多收益，收益将会有限。为了实现显著的改进，需要采用新的方法。

碳化硅提供

碳化硅(碳化硅)是一种宽带隙半导体基材。它可以用作一个裸模具

衬底，在离散组件，如肖特基二极管和mosfet，以及功率模块。

历史上，硅(Si)一直被用作大多数电子产品的半导体基础

申请然而，与碳化硅相比，Si是供电系统的一个低效的基础。与Si相比，碳化硅有许多优势。

其中包括：

1.与硅基组件相比，硅基组件具有更低的泄漏电流。这是因为电子-空穴对在碳化硅中比在Si中产生的速度慢，当开关关闭时导致更低的泄漏电流损失。

2.SiC具有3电子伏(eV)的宽带隙，能够承受超过Si8倍的电压梯度而不经历雪崩击穿。碳化硅增加的临界击穿强度使组件能够在与Si相同的封装中承受更高的电压。正因为如此，基于sic的组件，如MOSFETs，可以在比Si高出大约10倍的阻塞电压下创建。因此，非常高的电压、高功率器件可以可靠地制造，设计师可以在更小的范围内提供更高的表演这些设备可以非常紧密地放置在一起，允许更大的包装组件密度。

3.较高的导热率导致更有效的传热。此外，较低的状态电阻会降低导电损耗。

基于sic的组件能够实现更高的开关频率。

碳化硅更高的开关频率使的峰值效率达到>98.5%，使系统能够满足80+钛标准。

受益于碳化硅的工业应用程序

通过这些特性，基于sic的组件使电力供应商设计师能够达到新的效率水平。碳化硅的影响可以在许多工业应用中看到：

功率因数校正(PFC)：PFC是一种可以通过增加电源的功率因数来大幅减少功率浪费的技术。没有PFC，电源以短的，高幅度的脉冲吸引电流。使用PFC，这些脉冲可以被平滑处理，以减少输入的均方根(RMS)

电流和表观输入功率。这有效地塑造了输入电流，以最大限度地实现从电源中实现的功率。

碳化硅启用的更高的频率允许使用更小、更便宜的周围组件.

碳化硅提供的更高的频率允许使用更小、更便宜的周围组件。可以看出，使用碳化硅MOSFETs的混合方法需要更少的组件，更具成本效益，并实现了更高的功率密度。

可以看出，使用碳化硅MOSFETs的混合方法需要更少的组件，更具成本效益，并实现了更高的功率密度。这就导致了系统尺寸、重量和成本的减少。此外，除了降低整体能源消耗，更高的效率提高了热性能，导致电源的尺寸和重量的额外减少.