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本文援用地址：
Nihit Bajaj 英飞凌科技 GaN居品高档总监
校对
宋澄清 英飞凌科技大中华区消费、筹画与通信业务高档首席工程师
夙昔几十年间，东说念主口和经济动作的快速增长鼓励了全球动力猝然的稳步增长，而且瞻望这一趋势还将握续。这种增长是线下与线上动作共同作用的收尾。因此，数据中心的快速膨大权贵加多了全球电力需求。据计算，2022年全球数据中心耗电量约为240-340太瓦时（TWh）。连年来，全球数据中心的动力猝然以每年20-40%的速率握续增长 [1] 。
跟着动力猝然的加多，联系的二氧化碳排放量也在2022年达到创记载的37千兆吨。为交代这一问题，国外动力署（IEA）提议了一项全球策略，制定了到2030年必须竣事的关节步履方向，旨在扭转排放弧线，并将动力行业加入到使全球变暖箝制在1.5°C的队列当中 [2] 。
这些将在2030年竣事的方向如下：
全球 可再纯真力 装机 容量加多三倍 ：达到11，000吉瓦
动力收尾 提高速率加速一倍：至每年4%
提高 终局用户的电气化进程 ：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%
为了竣事这些方向，咱们必须找到贬责决策，以便在电力全链条（发电、输电、储电和用电）的各个才调竣事更智能、更高效的动力管制。 而功率半导体时刻则是这一链条各才调的中枢场地。
电气化
在低碳化方面，鼓励夙昔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关节。近几十年来，电力在全球最终动力消费中的占比稳步上涨，现已达到20%。畴昔几年，这一比例将加速增长。在国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] 。
清洁发电
如今，可再纯真力发电约占全球电力坐蓐的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] 。连年来，低碳化的努力也曾初显成效——在夙昔15年，可再纯真力已从最崇高的动力变为最经济的选拔 [3] 。
CoolGaN™时刻：以能效为中枢
在运用可再纯真力进行清洁发电的同期，进步能效雷同是竣事低碳化方向的关节。这不仅需要联想出耗电量尽可能低的智能高效系统， 还需要最大箝制地减少这些系统中每一个功率挽回才调的损耗。 其中，后一个挑战是本文商讨的要点。在夙昔几十年中，硅（Si）基功率半导体顺利贬责了这一繁重。但是，连年来功率半导体时刻的卓著，催生了碳化硅（SiC）和氮化镓等宽禁带材料（WBG）时刻，它们为多种应用提供了专有而又权贵的收尾进步和功率密度上风。
图4展示了硅、SiC和GaN这三种功率半导体时刻的共存关系。 尽管硅基时刻仍是浩繁应用的主流选拔，但SiC时刻在需要使用400V-3.3kV器件的诸多应用中，与前者互为补充，或者提供更好的散热性能、更高的可靠性和更为紧凑的贬责决策。GaN时刻在40V-750V的低压范围内，与硅基时刻竞争蛮横，荒谬是在高开关频率和较低的功率下，上风更为显着。
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，以及滚水的需求握续增长；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%傍边，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回身分。
那么，该若何竣事具有性价比的发电链收尾进步呢？
《乳色吐息》无删减在线观看家喻户晓，星巴克在运营中能干收尾进步，接力排斥坐蓐历程中每一秒毋庸要的蹧跶 [4] 。雷同，时刻贬责决策也应该专注于在联想中进步每一个百分点的收尾。宽禁带半导体器件（荒谬是GaN）在这一领域将前景繁花。当今，GaN时刻的一个典型应用是，进步智高东说念主机和条记本电脑的充电器收尾和功率密度，东说念主们大量合计“GaN充电器”比非GaN充电器更新、更小、功率更高。但是，这仅仅GaN市集后劲的冰山一角。凭证市集计议公司Yole Development的2023年GaN讲解， 2 023年至2029年间，GaN时刻的累计潜在市集范围达到60亿好意思元，包括职业器、太阳能、电动汽车车载充电器和电机运转装配等多个领域也正在加速向这项改革时刻转型 [5] 。
在GaN市集，英飞凌凭借丰富的分立式和集成式贬责决策，以及匹配的箝制器和运转器居品组合，得回了权贵施展。英飞凌的CoolGaN™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和谐，以致开头成立全球首项300毫米GaN功率半导体时刻。
固然高压GaN开关（频频在600V至900V之间）庸俗应用于PSU电源和高压电机运转装配等AC-DC领域， 但英飞凌最新推出的中压（MV）CoolGaN™居品组合正在浩繁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40V至200V，基于肖特基栅极时刻，与相易电压品级的最好硅基沟槽器件比较，具备更优异的性能计议（FOM）。
*行将上市
CoolGaN™氮化镓功率开关器件的优异FOM进步了多种应用的性能，并裁汰了系统资本，其中包括零丁DC-DC稳压器、太阳能逆变器、D类音频放大器、低压电机运转装配、职业器/电信IBC和LiDAR。
60V-200V CoolGaN™晶体管居品接受3x3和3x5 PQFN（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，通盘三个端子（栅极、漏极和源极）王人位于芯片的吞并侧，并通过交错式拓扑结构引出。 这种联想最大箝制地裁汰了封装的寄收效应（电阻和电感），并通过优化的热贯穿旅途，径直冷却CoolGaN™电通顺说念。
这三款40V CoolGaN™器件是GaN在硅基时刻的基础上作念出的进一步修订，是一种双向开关（BDS），在导通时相沿双向电流流动，在关断时提供双向电流电压阻断。再次收成于GaN时刻的水平结构，这些器件分享一个众人源极区域，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！
论断
跟着动力猝然的握续增长，以及对可握续发展的需求，咱们需要打造出好的联想、器件和系统，以最大箝制地减少动力蹧跶。
正如文中所述，尽管2030老迈向绿色畴昔的方向是不错竣事的，但这条目在电力链中每一个才调王人高度蔼然动力收尾的进步。对此，GaN时刻展现了在构建高效电力电子系统方面的开阔潜能，英飞凌的CoolGaN™等改革居品不错在不加多物料清单（BOM）资本的前提下，减少重新联想的职责量。
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参考文件
[1] IEA: Data Centres and Data Transmission Networks;
[2] IEA: World Energy Outlook 2023; IEA; Paris;
[3] Lazard: 2023 Levelized Cost Of Energy+;
[4] Starbucks Corporation: Recipe for reinvention: Starbucks unveils innovations for better customer， barista experiences;
[5] Yole Group: Power SiC and GaN maintain their growth trajectories toward beyond $10B and $2.25B巨乳 女優， respectively， in 2029 despite the headwind from the global economy in the short term;