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從通過電信巨頭和無線廣播公司獲取集中信息，到有線電話和有線電視的問世，早在30年前，人們與數據交互的方式就發生了翻天覆地的變化。而如今，高壓電源的發展正遵循著相似的發展軌跡。 產品的尺寸和外形都在逐步縮小，而其所能實現的功率轉換卻越來越高。在日常生活中，人們對于功效、智能化和封裝也提出了更多的要求。目前，移動設備的電池儲能容量已經十分可觀，并且仍在努力滿足人們的使用需求和預期。 從更大規模的角度出發，我們看到數據中心也在不斷成長，而其所消耗的電能總量也始終保持在70兆瓦以上。這是一個不容忽視的能量消耗，因為即使在它們閑置或準備處理網絡搜索信息時也是如此。在汽車領域，電動車輛可以由一個800V的電池電源供電運行，同時支持12V和18V電壓軌。要實現諸如此類的應用，就需要全新的功率器件以及不同電壓域間高效的電力轉換。 電力不再只由大型發電廠和長達數英里的AC供電線路進行傳輸。事實上，人們可以從屋頂的太陽能板上采集能量，然后再將它賣回給電網。一個安裝在墻上、每天由太陽能板充電的電池可以提供充足的電能，從而無需再通過電網供電。甚至也許在未來的某一天，電動汽車也將成為一個儲能中心。 就像數據不再集中，同時能夠實現互聯并以多種方式進行存儲一樣——從基于云端的服務器到隨身攜帶的USB，發電、電能儲存、電力配送和傳輸方面的巨大變化也都將對我們的生活和工作方式產生深遠的影響。 不過，數據與電源之間的關系不僅僅是它們的演變方式相同。在如今的某些應用中，它們開始實現融合，并且能夠通過下一代USB連接設備進行傳輸，同時通過集成芯片中的隔離隔柵，更加深入地嵌入到了高壓應用中。這一系列的轉變正在對半導體產業內的創新產生巨大影響。 能源效率 我們生活在高能耗的數字世界中。每一次查看社交媒體資訊、支付賬單、下載電子書或發送電子郵件，都會使用位于巨大數據中心內的海量服務器。 當這些服務器準備處理或正在處理信息時，它們需要大量的電力。對于電力的需求維持了服務器的運行，同時也讓更多的電動和混動汽車出現在路面上，而這種需求還為正處于上升趨勢的電子化浪潮注入了新的活力。 隨著這些創新逐漸融入到日常生活中，我們對于電能持續增長的需求將永無止境。能效的提升已經迫在眉睫。 突破性材料 與數據相似，目前電源的發展也千變萬化。無論是從AC到DC、DC到DC或是DC到AC的高壓電能轉換，都需要高效的功率轉換模塊。隨著電力需求不斷增長，這些模塊也隨之需求更高效及性能更佳的技術，并且能夠在嚴酷的條件下傳送高壓電源。 這正是以氮化鎵、碳化硅和硅制超結為基礎進行制造的先進技術的用武之地。相對于傳統的硅制功率器件，這些材料的發熱量更低，這也意味著它們可以高效地在多個電源之間傳輸高壓電力，并且可以實現從一個電源到另一個電源的高效轉換。 這些突破性技術需要復雜的電路架構和封裝技術，而這些架構和封裝技術已經完全不同于此前為半導體數十年的發展打下堅實基礎的架構。此外，雖然傳統CMOS技術已經普遍遵循摩爾定律，即每隔幾年數據傳輸和處理速率就會加倍，這些全新材料大約每五到十年就會在高壓功率密度方面取得突破性進展。 諸如此類的提升對于高度電氣化世界而言十分關鍵。在電池運行系統中，對于更高功效的需求是關鍵所在，因為電池技術很難跟上新特性出現的步伐。此外，電源管理領域的改進和提升對于不斷增加、用于實現各類互聯設備應用的數據中心也至關重要。這些數據中心內的服務器消耗了大量的電力，而半導體技術將通過減少降壓功率轉換的數量來提升它們的效率。 在汽車應用領域，設計人員每年都在將更多的高能耗、高壓電子元器件集成到車輛中。有趣的是，每增加100W功率，就會帶來5美元制造成本的提升，而汽車功率正以每年100W的速度在增長，對于電動車輛來說，也許功率的增加速度會更快。先進的功率器件氮化鎵和碳化硅將在這些電路中發揮越來越重要的作用，其原因就在于它們能夠提升功率密度。例如，對于電動車輛來說，這意味著電池充電時間更短、電量保持時間更長、續航里程更遠，并且能夠運行更多的高壓系統。 USB Type-C 技術 下一代USB Type-C連接中的電源與數據正在發生交融，同時正在改變我們日常對這些技術的使用方式。例如，大多數筆記本電腦目前都包含數個接口，用于充電、顯示、音頻以及更多的傳統USB連接。 正在成為全新標準的USB Type-C將所有這些數據和電源接口合并為一個高容量線路，并且不受插頭正反的限制。 隔離隔柵 從空調系統到工廠自動化應用，電源與數據也跨過高壓電路中的隔離隔柵匯聚在了一起。對于獨立電源的需求在迅速增長，同時雖然跨過隔離隔柵傳輸數據的功能已經實現了數年，對于電力的傳輸仍然需要一個占用寶貴電路板空間，并且會產生可靠性問題的分立式變壓器。 不過，德州儀器（TI）所推出的一款全新器件ISOW7841已經通過將多個硅片和一個變壓器集成在單個封裝內解決了這一難題。此外，相較于市面上其它的解決方案，ISOW7841在電力傳輸方面的效率要高出80%，并且運行時更加安靜。 更多的半導體產品 隨著經濟的不斷增長，那些用于支持汽車、數據中心、工廠、住宅以及很多其它提高人類生活質量的技術，將對高效地運行提出更高需求。 此外，由于電源管理技術對于每個電子系統都越來越關鍵，創新的步伐將繼續加劇，而我們數字生活中的半導體數量也將保持增長。 |
