?使用寬禁帶半導(dǎo)體?：寬禁帶半導(dǎo)體如碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)能夠顯著降低開關(guān)和傳導(dǎo)損耗，提高效率。例如，基于SiC的設(shè)計(jì)在廣泛溫度范圍內(nèi)提供高魯棒性和效率，與基于硅(Si)的設(shè)計(jì)相比，顯著降低了開關(guān)和傳導(dǎo)損耗?1。優(yōu)化電路設(shè)計(jì)?：通過優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，如采用多級(jí)降壓轉(zhuǎn)換器，可以有效降低導(dǎo)通壓降，提高轉(zhuǎn)換效率。例如，通過將電壓分兩步轉(zhuǎn)換，可以在中間設(shè)置一個(gè)中間電壓，從而減少電感峰值電流，降低功率損耗?2。?采用高效冷卻技術(shù)?：高效的冷卻技術(shù)可以幫助降低設(shè)備運(yùn)行溫度，減少因過熱導(dǎo)致的效率損失，從而提高整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性?1。電力電子效率對(duì)于電力系統(tǒng)的高效運(yùn)行至關(guān)重要。高效率的電力電子設(shè)備能夠減少能源浪費(fèi)，降低運(yùn)行成本，減少溫室氣體排放，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。此外，高效電力電子設(shè)備還能提高系統(tǒng)的可靠性和壽命，減少維護(hù)成本，從而在整體上提升電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好性?34。

　　電力電子的概念已經(jīng)發(fā)展，如今它與與電力轉(zhuǎn)換、其控制和相對(duì)效率相關(guān)的技術(shù)相關(guān)聯(lián)。該部門還與適合能源轉(zhuǎn)換的所有電氣和電子系統(tǒng)密切相關(guān)。在電力電子中進(jìn)行的電路研究主要集中在效率上。能源是一種非常寶貴的資源，必須以盡可能最便宜的方式使用。正是由于這個(gè)原因，必須盡量減少電子設(shè)備中的散熱和功率損耗。

　　換句話說(shuō)，從設(shè)備的輸入端傳遞到輸出端的能量不應(yīng)該減少和減少。電力電子系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越多，跨越不同的領(lǐng)域。DC/DC、AC/DC 和 AC/AC 轉(zhuǎn)換器、不間斷電源、電池充電器和電源只是功率因數(shù)校正和絕緣概念發(fā)揮作用的一些示例。在企業(yè)、工廠甚至家庭中，有許多設(shè)備會(huì)吸收大量能量。它們必須以最佳方式設(shè)計(jì)，以確保極高的安全性和可靠性，但最重要的是，要超過政府和當(dāng)局為獲得認(rèn)證而規(guī)定的規(guī)格。電力電子的目的是節(jié)省電力，降低運(yùn)營(yíng)成本并提高電氣系統(tǒng)的安全性。它們必須以最佳方式設(shè)計(jì)，以確保極高的安全性和可靠性，但最重要的是，要超過政府和當(dāng)局為獲得認(rèn)證而規(guī)定的規(guī)格。

　　電力電子技術(shù)是半導(dǎo)體電子在電力控制和轉(zhuǎn)換方面的應(yīng)用[2]。這些半導(dǎo)體是功率晶體管和二極管，它們將輸入電壓接通和斷開，形成無(wú)源組件網(wǎng)絡(luò)，將其轉(zhuǎn)換為不同的電壓電平。功率半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步促使電能處理效率得到進(jìn)一步提升。

　　為確保電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)正確運(yùn)行，需要通過嵌入式數(shù)字計(jì)算機(jī)，采用每秒運(yùn)行數(shù)千次的復(fù)雜算法來(lái)予以控制。該計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行情況，并根據(jù)各種參數(shù)和設(shè)定的目標(biāo)來(lái)調(diào)整系統(tǒng)行為。這種調(diào)整能力被嵌入到包含了系統(tǒng)和應(yīng)用知識(shí)的數(shù)字算法中。

　　電力電子技術(shù)將數(shù)字字節(jié)(信息)與電子流相融合，從而以最優(yōu)的方式工作。電力電子技術(shù)與數(shù)字技術(shù)的結(jié)合，是促使電網(wǎng)成為碳中和能源系統(tǒng)支柱的關(guān)鍵因素。

　　電力電子的目的是節(jié)省電力，降低運(yùn)營(yíng)成本并提高電氣系統(tǒng)的安全性。它們必須以最佳方式設(shè)計(jì)，以確保極高的安全性和可靠性，但最重要的是，要超過政府和當(dāng)局為獲得認(rèn)證而規(guī)定的規(guī)格。電力電子的目的是節(jié)省電力，降低運(yùn)營(yíng)成本并提高電氣系統(tǒng)的安全性。電力電子滿載效率是電力電子裝置在額定電流或額定功率下的效率水平。這個(gè)指標(biāo)是描述電力電子器件或電路在最大負(fù)載情況下的能量利用率的重要參數(shù)之一。在實(shí)際應(yīng)用中，電力電子滿載效率的高低直接影響到整個(gè)電力系統(tǒng)的能效水平。電力電子滿載效率通常是以百分比形式表示，計(jì)算方法是將輸出功率除以輸入功率，再乘以100%。電力電子滿載效率越高，代表著能量的損耗越小，能量轉(zhuǎn)化效率越高。因此，提高電力電子滿載效率可以有效節(jié)約能源，減少對(duì)環(huán)境的影響。在實(shí)際工作中，電力電子滿載效率的提高需要從多方面進(jìn)行優(yōu)化，如選擇合適的器件和電路結(jié)構(gòu)、優(yōu)化控制算法等。值得注意的是，電力電子裝置的運(yùn)行狀態(tài)通常會(huì)發(fā)生變化，因此除了滿載效率，還應(yīng)該關(guān)注其在不同工作狀態(tài)下的能效特性，以達(dá)到最佳的能量利用效果。在實(shí)際生產(chǎn)和能源管理中，對(duì)于電力電子滿載效率的重視，也促進(jìn)了節(jié)能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，推動(dòng)整個(gè)能源行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

　　能量轉(zhuǎn)換效率是一個(gè)重要的指標(biāo)，各制造商摩拳擦掌希望在95%的基礎(chǔ)上再有所提升。為了實(shí)現(xiàn)這一提升，開始逐漸采用越來(lái)越復(fù)雜的轉(zhuǎn)換拓?fù)洌缫葡嗳珮?PSFB)和LLC變換器。而且二極管將逐漸被功耗更低的MOSFET所取代，寬帶隙(WBG)器件更是以其驚人的開關(guān)速度被譽(yù)為未來(lái)的半導(dǎo)體業(yè)明珠。

　　然而，最終用戶要放眼全局，更關(guān)心的是整個(gè)系統(tǒng)或流程的效率，即在履行環(huán)保義務(wù)的同時(shí)謀求利潤(rùn)最大化。他們明白，當(dāng)考慮到整個(gè)壽命周期成本時(shí)，逐步減少能量轉(zhuǎn)換過程中的小部分損失并不一定會(huì)帶來(lái)總體成本或環(huán)境效益的大幅提升。另一方面，將更多能量轉(zhuǎn)換設(shè)備集成到更小的封裝中，即提高“功率密度”，可以更有效地利用工廠或數(shù)據(jù)中心的占地面積，并以現(xiàn)有的管理成本創(chuàng)造出更多的價(jià)值。

　　在電力電子領(lǐng)域，效率是一個(gè)很容易被概念化的術(shù)語(yǔ)——100%就是好，0%就是差。但這與你所占的角度有關(guān)，例如，對(duì)于數(shù)據(jù)中心而言，其整體電力效率近乎為零，也就是說(shuō)從電網(wǎng)獲取的所有電力幾乎全部轉(zhuǎn)換為刀片服務(wù)器、電源和冷卻系統(tǒng)電子設(shè)備所產(chǎn)生的熱量。但如果能充分利用這些熱量為數(shù)據(jù)中心帶來(lái)收入，效果就完全不同了，這也是在多數(shù)行業(yè)廣為采納的一種方法。所以如果你想在獲取利益的同時(shí)節(jié)省成本和空間，真正的問題是如何在最大化生產(chǎn)力的同時(shí)最小化總功耗。

　　數(shù)據(jù)中心管理人員深知這一點(diǎn)，而且每天都需要考慮如何在提升數(shù)據(jù)處理能力和速度的同時(shí)盡可能降低電費(fèi)，并從資本投資中獲得回報(bào)。他們別無(wú)選擇，只能增加服務(wù)器，即使會(huì)帶來(lái)數(shù)千瓦的功耗，但可以計(jì)算出因此而得到的貨幣價(jià)值，并抵消掉額外的能源和資金成本。在工業(yè)上，如果需要增加一臺(tái)100kw的電機(jī)，在產(chǎn)生更多凈輸出的同時(shí)，也會(huì)不可避免地增加電機(jī)驅(qū)動(dòng)及供電壓力。在所有行業(yè)中，電源本身沒有增加任何商業(yè)價(jià)值，但又不可缺少，因此，電力供應(yīng)中消耗的每一項(xiàng)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用和每一點(diǎn)功率損耗都被視為降低了利潤(rùn)。這無(wú)形中給電力電子制造商帶來(lái)了更多壓力，要求他們通過提高電力效率來(lái)降低損失。

　　能源轉(zhuǎn)換設(shè)備供應(yīng)商可能會(huì)為了在非常特定的條件下聲稱的效率而相互競(jìng)爭(zhēng)，但對(duì)最終用戶來(lái)說(shuō)，重要的是其生產(chǎn)效率及盈利能力。通過消耗更少的能源節(jié)省幾美元是一件好事，但通過增加機(jī)柜或機(jī)架中的設(shè)備密度以及提高每立方英尺的生產(chǎn)率所獲得的收益可能更有吸引力。數(shù)據(jù)中心和制造業(yè)的建筑面積有一種“美元密度”的說(shuō)法，這是實(shí)現(xiàn)收入所必須達(dá)到的一項(xiàng)貨幣價(jià)值，以千美元/平方英尺為單位，因此縮小電子設(shè)備的規(guī)模，以提供更高的生產(chǎn)空間，才能獲得真正的收益。如果這意味著在需要擴(kuò)展時(shí)不再急需采購(gòu)?fù)暾念~外機(jī)柜，那么從短期和長(zhǎng)期來(lái)看都將節(jié)省更多的成本。

　　通過相關(guān)的能源轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)更高的電子密度，正促使系統(tǒng)架構(gòu)師將“功率密度”視為一個(gè)越來(lái)越重要的指標(biāo)。然而，與端到端電氣效率不同，完整系統(tǒng)的功率密度非常難以比較，因?yàn)樾枰紤]的因素太多。比如，在典型工業(yè)機(jī)柜中，可能有開關(guān)設(shè)備、連接器、安裝在機(jī)箱上的電磁干擾(EMI)濾波器、產(chǎn)生中間電壓的AC/DC轉(zhuǎn)換器、大電流母線、負(fù)載處的DC/DC轉(zhuǎn)換器、風(fēng)扇及其自身的電源和安裝硬件，甚至還包括空調(diào)機(jī)組。在控制柜中，負(fù)載可能是外部的，例如電動(dòng)機(jī)。在這種情況下，能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的體積占整個(gè)空間的很大一部分，任何節(jié)省下來(lái)的空間都可用于安裝更多的控制電子設(shè)備。不過，因?yàn)樘砑釉O(shè)備會(huì)消耗更多的功率，所以收益也會(huì)減少?？刂乒襁€可能受到要求使用標(biāo)準(zhǔn)化硬件(如用于設(shè)備安裝的DIN導(dǎo)軌)帶來(lái)的限制，同時(shí)供應(yīng)商推出的產(chǎn)品越來(lái)越窄，而輸入/輸出連接器尺寸的可用性也往往定義了最低要求。30W AC/DC的寬度現(xiàn)在只有21mm左右，而480W部件的尺寸可以達(dá)到48mm寬x124mm高。機(jī)柜內(nèi)的冷卻系統(tǒng)(如果有)可能只是由入口溫度不確定的風(fēng)扇組成，因此能源轉(zhuǎn)換器的額定值往往只能針對(duì)在沒有底盤散熱的高溫氣流中運(yùn)行的前提條件來(lái)確定。這使得能源轉(zhuǎn)換密度的值相對(duì)較低，每25立方毫米約為10到20瓦。