市場上的一個主要趨勢是為各種形狀和尺寸的電子產(chǎn)品增加能源效率。電子產(chǎn)品也有新的法規(guī)來滿足新的效率標準。因此，我們看到全球?qū)ο乱淮娖鞯男枨?，以滿足更嚴格的效率和功耗要求。例如，HVAC 系統(tǒng)曾經(jīng)對 PSC 電機進行簡單的開/關控制。新聯(lián)邦風機能源評級法規(guī)要求所有爐子都配備電子換向電機 （ECM） 電機，能耗降低 40%。

新設備具有變速控制或恒定氣流控制等功能，以滿足不斷提高的效率標準。需要更改組件才能在新設備的設計和實施中啟用這些功能。功率半導體器件、傳感器和微控制器已廣泛用于新電器中，以最大限度地減少功率損耗并提高能源消耗效率。

挑戰(zhàn)在于整個能源供應鏈的復雜性增加，尤其是在綠色電網(wǎng)計劃方面。新的綠色計劃著眼于整個能源供應鏈，從使用碳化硅 （SiC） MOSFET啟用風力渦輪機和太陽能逆變器以實現(xiàn)高效發(fā)電，到將能量存儲在電池組中并以最小的功率損耗將電能輸送到負載。

對大功率解決方案（例如大功率 EV 充電）的需求不斷增長，這使長期存在的電網(wǎng)變得緊張；業(yè)界正在研究未來的解決方案，以緩沖電動汽車快速充電的峰值功率需求。隨著行業(yè)從化石燃料轉(zhuǎn)向移動性，需要對電動基礎設施進行重大改進才能滿足電動汽車的需求。如果沒有對電網(wǎng)進行徹底檢修——由于成本巨大，這不太可能——該行業(yè)需要找到方法避免在高峰使用期間使電網(wǎng)過載，這會導致諸如滾動停電以減少消耗等問題，如加利福尼亞州所見例子。

高效能源創(chuàng)造

綠色能源發(fā)電，例如風力渦輪機設計，必須提供最大的可用性以促進電網(wǎng)穩(wěn)定性，這在本例中最適用于風力發(fā)電轉(zhuǎn)換器。因此，電網(wǎng)穩(wěn)定性取決于提供動態(tài)能力、卓越功能和卓越可靠性的功率半導體器件。

能源轉(zhuǎn)換的原理在所有綠色系統(tǒng)中大致相同。來自一個或多個光伏 （PV） 面板的輻射和溫度相關能量從直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓，以匹配當?shù)仉妷汉拖辔灰?。他們還將利用最大功率點跟蹤 （MPPT） 技術確保所有可用功率（取決于接收到的輻射）以最小的功率轉(zhuǎn)換損耗從 PV 面板提取。

這在歷史上是通過硅 MOSFET 器件實現(xiàn)的。隨著 SiC 和氮化鎵 （GaN） MOSFET 的進步，現(xiàn)在可以進一步改進高效的能源創(chuàng)造。

高效的能量儲存和傳輸

風能和太陽能等可再生能源的缺點是風并不總是吹，太陽也不總是發(fā)光。即使天氣配合，仍然存在將能量傳輸?shù)诫娋W(wǎng)的挑戰(zhàn)，電網(wǎng)有時可能距離很遠。這些挑戰(zhàn)需要通過電池組和高效的電力傳輸系統(tǒng)進行高效的能量存儲，以確保電網(wǎng)穩(wěn)定性并減少電網(wǎng)電力傳輸過程中的能量損失。

最新的硅 MOSFET 技術與功率轉(zhuǎn)換的創(chuàng)新數(shù)字控制相結(jié)合，可以實現(xiàn)高效的能量存儲和傳輸，并通過采用新型寬帶隙 （WBG） 器件（如 SiC 和 GaN MOSFET）進一步改進。

高效的能源消耗

一旦能量到達電網(wǎng)并到達家庭和商業(yè)建筑，還有更多機會提高效率。市場上的一個主要趨勢是提高各種形狀和尺寸的電子產(chǎn)品的能源效率。還有新的法規(guī)要求電子產(chǎn)品滿足新的效率標準。這需要對這些系統(tǒng)的內(nèi)容進行根本性的改變，從機電驅(qū)動到基于逆變器的電機驅(qū)動。

基于逆變器的電機驅(qū)動器在峰值負載時將效率提高 40%，并通過提供變速控制來進一步節(jié)省能源。使用 WBG 設備可提高效率并降低總體運營成本，同時也有助于保護環(huán)境。

得益于 SiC 和 GaN MOSFET 的進步，與最新的基于硅 MOSFET 的解決方案相比，從電網(wǎng)到電力計算機的系統(tǒng)功率轉(zhuǎn)換效率可以提高 1% 到 3%。雖然就絕對百分比而言聽起來并不多，但由于采用這些半導體技術而導致的功耗降低和成本節(jié)約對于大型能源用戶來說意義重大，例如擁有大型服務器群的大型數(shù)據(jù)中心運營商。

傳感器和數(shù)字控制在能效中的作用

高效的電能產(chǎn)生、傳輸和消耗需要通過數(shù)字技術進行智能控制和連接。通過添加 MCU 和 WiFi/BLE 解決方案，可以實現(xiàn)具有高級診斷和遠程控制功能的高效智能電網(wǎng)。

從功耗的角度來看，雷達傳感和溫度傳感等最新傳感器技術也有助于提高能源效率。傳感器向系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)和信息，使控制器能夠做出有關應用程序的決策。在通過各種傳感器收集系統(tǒng)運行和環(huán)境信息后，MCU 會根據(jù)各種因素做出適當?shù)臎Q策，然后電源組件執(zhí)行這些決策。

例如，傳感器可以確定房間內(nèi)是否太熱，如果是，則調(diào)整 HVAC 溫度設置。當傳感器沒有檢測到人的存在時，例如在晚上或周末在商業(yè)辦公樓，它可以關閉 HVAC 系統(tǒng)。只要有人走進房間，HVAC 系統(tǒng)就會進行必要的調(diào)整以實現(xiàn)最佳運行。通過采用最新的傳感器技術和數(shù)字控制，可以顯著降低整體功耗。

為電動汽車準備電網(wǎng)

在一個現(xiàn)實世界的例子中，看看高效的能源消耗和不斷增長的電力需求如何結(jié)合在一起，我們可以檢查電動汽車的興起以及支持它們所需的基礎設施。

根據(jù)國際能源署的最新預測，到本十年末，預計將有大約 1300 萬輛電動汽車上路。為了滿足需求，電動汽車充電市場正在研究快速充電系統(tǒng)的儲能系統(tǒng)的實施。在典型配置中，會有一個能夠在 45 分鐘內(nèi)為電動汽車充電的大功率充電器。問題是這種實施需要每個快速充電站 250 千瓦的電力。電網(wǎng)沒有設置為支持這種類型的峰值功率。因此，需要具有能量存儲和智能控制電力轉(zhuǎn)換和分配的創(chuàng)新電動汽車充電系統(tǒng)。

儲能通過本質(zhì)上提供一個大型電池組來發(fā)揮作用，它在未來將成為相當于現(xiàn)在的加油站。該充電站將連接多個 250 千瓦的充電器，這將使人們能夠非?？焖俚貫檐囕v充電。這通常會給電網(wǎng)帶來不可持續(xù)的峰值需求，但儲能系統(tǒng)將充當緩沖器。例如，電網(wǎng)將以 250 千瓦的恒定速率進入能量存儲系統(tǒng)，同時能夠在持續(xù)的峰值活動期間提供兆瓦范圍的輸出。

這是能源存儲的未來，您將看到它在全國范圍內(nèi)實施，以幫助延長現(xiàn)有電網(wǎng)基礎設施的使用壽命。半導體對于電動汽車“加油站”設置中的智能電動汽車充電系統(tǒng)至關重要。最新的硅 MOSFET 技術和 WBG 器件的采用使電動汽車的電池能夠高效快速充電，并最大限度地減少對電網(wǎng)的干擾。

發(fā)電、傳輸、儲存和有效利用電力的過程涉及很多方面。找到與技術無關且可以幫助為您的應用程序設計和實施正確解決方案的合適合作伙伴至關重要。隨著越來越多的高功率應用進入市場，了解如何彌補老化電網(wǎng)的缺點可以在實現(xiàn)關鍵規(guī)模部署方面發(fā)揮重要作用。功率半導體正在引領潮流，并利用硅技術的進步，包括最新的 WBG 設備、數(shù)字控制和傳感器技術，以確保能夠有效地為未來的一切提供動力，從發(fā)電到消費。