蓋世汽車訊 電源轉(zhuǎn)換器很神奇，將電腦、臺(tái)燈和電視插入其中后，我們立刻就可以將它們打開。轉(zhuǎn)換器可以將壁式插座輸出的交流電精確地轉(zhuǎn)換成電子產(chǎn)品所需的直流電。但在這一過程中，平均會(huì)損耗高達(dá)20%的能量。

（圖片來源：EPFL）

電源轉(zhuǎn)換器通過功率晶體管工作，這是一種微型半導(dǎo)體組件，用于開關(guān)和承受高電壓。瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）的工程師團(tuán)隊(duì)希望通過設(shè)計(jì)新穎的功率晶體管，提高轉(zhuǎn)換器的效率。全新晶體管設(shè)計(jì)基于對(duì)高壓應(yīng)用中納米級(jí)結(jié)構(gòu)的反直覺應(yīng)用，可以在轉(zhuǎn)換過程中減少熱量損耗，特別適合于電動(dòng)汽車和太陽能電池板等大功率應(yīng)用。

電力電子器件面臨的最大挑戰(zhàn)是轉(zhuǎn)換器的熱耗散問題，這是由高電阻等因素引起的。EPFL功率和寬帶隙電子研究實(shí)驗(yàn)室（POWERlab）的負(fù)責(zé)人Elison Matioli表示：“我們每天都能看到斷電的例子，比如你的筆記本電腦的充電器過熱的時(shí)候?！痹诖蠊β蕬?yīng)用中，這一問題更加嚴(yán)重?！鞍雽?dǎo)體組件的標(biāo)稱電壓越高，電阻就越大。”舉例來說，電力損耗會(huì)縮短電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，并降低可再生能源系統(tǒng)的效率。

據(jù)外媒報(bào)道，該研究團(tuán)隊(duì)已開發(fā)出一種晶體管，可以大幅降低電阻，減少大功率系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量。具體地說，其電阻不到傳統(tǒng)晶體管的一半，但可以支持1000V以上的電壓。EPFL技術(shù)包含兩項(xiàng)關(guān)鍵創(chuàng)新。

首先，在組件中建立幾條導(dǎo)電通道，以便分配電流。這很像像在高速公路上增加新車道，使交通更順暢，防止交通擁堵。研究人員Luca Nela表示：“我們的多通道設(shè)計(jì)可以分散電流，減少電阻和過熱現(xiàn)象?！?/p>

第二項(xiàng)創(chuàng)新是使用由氮化鎵（GaN）制成的納米線，氮化鎵是一種理想的電力應(yīng)用半導(dǎo)體材料。納米線已應(yīng)用于低功耗芯片中，如智能手機(jī)和筆記本電腦，但尚未出現(xiàn)在高壓應(yīng)用中。POWERlab展示直徑為15nm的納米線，受益于獨(dú)特的漏斗狀結(jié)構(gòu)，能夠支持高電場和超過1000V的電壓，而不會(huì)被擊穿。

在這兩項(xiàng)創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，可以使晶體管在大功率系統(tǒng)中提供更高的轉(zhuǎn)換效率。Matioli表示：“我們使用傾斜納米線來建造原型，其性能是文獻(xiàn)中最好的GaN功率器件的兩倍?！?/p>

目前，這一技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)階段，預(yù)計(jì)大規(guī)模投入生產(chǎn)問題不大。Matioli表示：“增加更多的通道不成問題，而且這種納米線的直徑是英特爾制造的小型晶體管的兩倍。”該團(tuán)隊(duì)已為其發(fā)明申請(qǐng)了若干專利。

隨著電動(dòng)汽車越來越受歡迎，對(duì)能在高壓下高效運(yùn)行的芯片的需求將會(huì)激增，因?yàn)檫@將轉(zhuǎn)化為更長的續(xù)航里程。目前，已有若干家主要制造商表示有意與Matioli合作，進(jìn)一步開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。

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