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(biāo)準(zhǔn)。因此，我們看到全球?qū)ο乱淮娖鞯男枨?，以滿足更嚴(yán)格的效率和功耗要求。例如，HVAC 系統(tǒng)曾經(jīng)對 PSC 電機(jī)進(jìn)行簡單的開/關(guān)控制。新聯(lián)邦風(fēng)機(jī)能源評級法規(guī)要求所有爐子都配備電子換向電機(jī) （ECM） 電機(jī)，能耗降低 40%。

新設(shè)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(biāo)準(zhǔn)。需要更改組件才能在新設(shè)備的設(shè)計(jì)和實(shí)施中啟用這些功能。功率半導(dǎo)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(yīng)鏈的復(fù)雜性增加，尤其是在綠色電網(wǎng)計(jì)劃方面。新的綠色計(jì)劃著眼于整個能源供應(yīng)鏈，從使用碳化硅 （SiC） MOSFET啟用風(fēng)力渦輪機(jī)和太陽能逆變器以實(shí)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(fù)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(chǔ)設(shè)施進(jìn)行重大改進(jìn)才能滿足電動汽車的需求。如果沒有對電網(wǎng)進(jìn)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(dǎo)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(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)計(jì)，必須提供最大的可用性以促進(jìn)電網(wǎng)穩(wěn)定性，這在本例中最適用于風(fēng)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(dǎo)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(guān)能量從直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓，以匹配當(dāng)?shù)仉妷汉拖辔灰?。他們還將利用最大功率點(diǎn)跟蹤 （MPPT） 技術(shù)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(shí)現(xiàn)的。隨著 SiC 和氮化鎵 （GaN） MOSFET 的進(jìn)步，現(xiàn)在可以進(jìn)一步改進(jìn)高效的能源創(chuàng)造。

高效的能量儲存和傳輸

風(fēng)能和太陽能等可再生能源的缺點(diǎn)是風(fēng)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(yuǎn)。這些挑戰(zhàn)需要通過電池組和高效的電力傳輸系統(tǒng)進(jìn)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(shù)與功率轉(zhuǎn)換的創(chuàng)新數(shù)字控制相結(jié)合，可以實(shí)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(jìn)一步改進(jìn)。

高效的能源消耗

一旦能量到達(dá)電網(wǎng)并到達(dá)家庭和商業(yè)建筑，還有更多機(jī)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(biāo)準(zhǔn)。這需要對這些系統(tǒng)的內(nèi)容進(jìn)行根本性的改變，從機(jī)電驅(qū)動到基于逆變器的電機(jī)驅(qū)動。

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

得益于 SiC 和 GaN MOSFET 的進(jìn)步，與最新的基于硅 MOSFET 的解決方案相比，從電網(wǎng)到電力計(jì)算機(jī)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(dǎo)體技術(shù)而導(dǎo)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(wù)器群的大型數(shù)據(jù)中心運(yùn)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(shù)進(jìn)行智能控制和連接。通過添加 MCU 和 WiFi/BLE 解決方案，可以實(shí)現(xiàn)具有高級診斷和遠(yuǎn)程控制功能的高效智能電網(wǎng)。

從功耗的角度來看，雷達(dá)傳感和溫度傳感等最新傳感器技術(shù)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(guān)應(yīng)用程序的決策。在通過各種傳感器收集系統(tǒng)運(yùn)行和環(huán)境信息后，MCU 會根據(jù)各種因素做出適當(dāng)?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(shè)置。當(dāng)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(guān)閉 HVAC 系統(tǒng)。只要有人走進(jìn)房間，HVAC 系統(tǒng)就會進(jìn)行必要的調(diào)整以實(shí)現(xiàn)最佳運(yùn)行。通過采用最新的傳感器技術(shù)和數(shù)字控制，可以顯著降低整體功耗。

為電動汽車準(zhǔn)備電網(wǎng)

在一個現(xiàn)實(shí)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(chǔ)設(shè)施。

根據(jù)國際能源署的最新預(yù)測，到本十年末，預(yù)計(jì)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(shí)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(shí)施需要每個快速充電站 250 千瓦的電力。電網(wǎng)沒有設(shè)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(dāng)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(dāng)緩沖器。例如，電網(wǎng)將以 250 千瓦的恒定速率進(jìn)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(shí)施，以幫助延長現(xiàn)有電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的使用壽命。半導(dǎo)體對于電動汽車“加油站”設(shè)置中的智能電動汽車充電系統(tǒng)至關(guān)重要。最新的硅 MOSFET 技術(shù)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(shù)無關(guān)且可以幫助為您的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)和實(shí)施正確解決方案的合適合作伙伴至關(guān)重要。隨著越來越多的高功率應(yīng)用進(jìn)入市場，了解如何彌補(bǔ)老化電網(wǎng)的缺點(diǎn)可以在實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵規(guī)模部署方面發(fā)揮重要作用。功率半導(dǎo)體正在引領(lǐng)潮流，并利用硅技術(shù)的進(jìn)步，包括最新的 WBG 設(shè)備、數(shù)字控制和傳感器技術(shù)，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(fèi)。