宽带隙(WBG)功率器件的发展使碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)器件能够在比传统半导体器件更高的电压和温度下工作。此外，他们可以切换更快的速度和更低的切换损耗。新的碳化硅和氮化镓解决方案和发展尤其在三个领域占据主导地位:数据中心、无线充电和能源收集。这些应用领域都以不同的方式推动着WBG功率器件的发展，并导致了各种产品的演进:
数据中心。从2010年到2020年，数据中心的总能耗预计将超过700亿千瓦。数据中心的设计人员一直在寻找更好的解决方案，以帮助他们提高节能设计的效率。为此，Transphorm Inc.、Texas Instruments和Wolfspeed等半导体公司开发了基于wbg的电源解决方案。一个例子是Wolfspeed开发的2kW的totem pole PFC拓扑，该电源使用SiC mosfet，能够在数据中心达到80+钛标准，同时保持成本在控制之下。
PFC拓扑中所选择的图腾柱Wolfspeed对于这个参考设计有一个低的组件计数和高效率，因为它没有一个桥式整流馈电。用较少的元件，它具有较高的功率密度，可以在相对较高的开关频率下工作。该设计包含一对硅二极管，帮助实现低成本的方法，同时仍然达到预期的效率。该设计包含两个900 v SiC mosfet，据称在230V负载下50%负载时的峰值效率达到98.5%。230V效率下的损耗分解如下:
无线充电。GaN允许设计者在更广泛的产品中使用无线充电，而无需重新设计天线。Energous该公司刚刚宣布了一种新的基于GaN的、高功率近场WattUp发射机参考设计。它能够为设备充电高达10瓦的能量。在这样做的同时，它增加了发送到接收设备的电量，同时也消除了更多设备的连接器和充电触点。该解决方案包括一个基于氮化镓的5-10W射频接收IC和一个基于氮化镓的10-15W射频功率放大器(PA)。
Energous的创始人兼首席技术官Michael Leabman表示:“WattUp无线充电技术的首批基于gan的解决方案支持更高的功率和改进的充电灵活性。“我们在WattUp生态系统中开发多个组件的能力，使我们能够根据客户的需求进行创新。”
另一家利用GaN技术的公司是安慰的力量．它使用了一种叫做谐振电容耦合(RC)的技术2)．事实上，该公司已经开发了一种使用电容共振为飞行中的无人机提供电力的演示(图1)它可以在行驶中的汽车充电板上方几英寸处充电，增加了汽车在空中的总时间，减少了与人的互动。演示使用EPC的GaN fet工作在13.56兆赫兹。与能够处理相同功率水平的硅器件相比，这些fet要小5到10倍。
能量收获。能源和半导体行业也意识到GaN和SiC的许多好处，以及最大化太阳能收集技术和更好的开关损耗性能的增长机会。英飞凌例如，该公司通过开发额外的模块平台和拓扑结构，扩大了SiC电源模块解决方案的组合1200 V CoolSiC MOSFET系列，包括一个全sic模块和两个半桥拓扑模块(图2)．
由于扩展的鲁棒性，英飞凌正在利用低故障时间(FIT)和短路能力的优势。最初，该产品将支持光伏逆变器、电池充电和充电/存储系统等应用。
GaN和SiC器件已经被这些市场和其他市场采用。然而，在未来，我们将看到从硅片到WBG衬底的更大的转变，这要归功于研发。例如,美国能源部(DOE)作为美国能源局(ARPA-E)两个新高级研究项目的一部分，为16个项目提供了3200万美元的资金:能效光波集成技术使能网络，以增强数据中心(enliten)和功率氮掺杂创新提供设备使能开关(PNDIODES)。
enliten项目耗资2500万美元，通过部署集成光子技术支持的新网络设计，将数据中心的能源效率提高一倍。类似地，ARPA-E的PNDIODES项目将花费大约690万美元，在宽带隙(WBG)半导体、氮化镓(GaN)及其合金的选择性区域掺杂过程中开发转型进展。
