随着科技的发展，对电力的需求也越来越大。氮化镓(GaN)等宽带隙(WBG)材料逐渐显示出作为新一代功率半导体骨干材料的潜力。这种材料功耗较低，但性能优于成熟的硅器件。消费充电器、数据中心、5G和电动汽车代表了电源设备的主要增长市场，它们对设备的要求是相同的:更小的尺寸、更高的功率和更低的损耗。

氮化镓这种半导体材料可以满足所有这些要求，这将是它在未来几年内重新使用的关键。与硅相比，氮化镓具有更好的开关性能，开关过程中的热损耗更少，在更高的温度下工作更稳定，这使得工程师可以制造出更紧凑、更快速、更可靠的器件，同时降低对器件冷却的要求。

电力需求

智能手机

智能手机需要更强的能力和更快的速度来运行更多的应用程序。目前手机的续航时间几乎不能维持一天。此外，标准5瓦充电器的充电速度较慢。智能手机制造商开始意识到消费者对快速充电的需求，并准备推出新一代大功率充电器，可提供高达65瓦的功率，可以大大缩短充电时间。使用氮化镓基高电子迁移率晶体管(HEMT)可以将充电器的体积缩小一半，功率提高3倍，运行速度比硅基超结金属氧化物半导体场效应晶体管(SJMOSRET)快20倍。

数据中心

随着云计算、移动出行、物联网、机器学习和流媒体服务的发展，对大数据存储和计算处理的需求也大幅增长。目前全球运行的数据中心超过700万个，耗电量超过200太瓦。这相当于2019年全球用电量的2%左右，而产生的二氧化碳排放量与全球航空空行业相当。其中，约30%的电力用于冷却这些设施。通过提高服务器效率并减少电力和热量损失，可以节省大量能源，从而降低这些设施的电力成本和二氧化碳排放量。

该服务器由功率因数校正(PFC)级(例如推挽电路)和谐振DC-DC级(LLC谐振转换器)组成。输出电压通常为12伏。但由于大功率CPU和专用GPU功耗较高，目前的趋势是向48V电源发展。此外，更高的电压可以将传输线上的功耗降低多达16倍。氮化镓技术可以使转换器的每个阶段受益(图1)。对于功率因数校正级，其低电容和零反向恢复允许配置简单的推挽电路；对于LLC变换器级，更快的开关速度和更低的损耗使得磁体和电容器更小。更精确的同步整流减少了死区时间，使得氮化镓可以达到降低功耗的效果。

1.与现有的MOSFET设计相比，GaN晶体管可以大大提高服务器主板的功率密度。(资料来源:GaN系统公司，2020年)

电动车载充电器

随着电动汽车的快速发展，市场对更快的充电速度和更高的充电效率的需求也在不断增加。1996年通用汽车发布EV1电动车，使用16.5 kW铅酸电池。该车续航里程70-90英里，充满电需要7.5小时。今天，特斯拉Model 3配备了80千瓦的锂离子电池，续航里程为310英里。用特斯拉的V3超级充电桩充满只需要35分钟。

车载充电器(OBC)安装在车内，通过电源转换给电池充电。它必须高效、轻便、可靠。目前，常见的解决方案包括使用硅基超结金属氧化物半导体场效应晶体管(SJMOSFET)对电池进行调节、转换和充电。它的尺寸约为18英寸乘25英寸，重量约为13磅，能效约为94%。

新一代车载充电器将用氮化镓基高电子迁移率晶体管(HEMT)取代SJMOSFET，该晶体管具有更高的开关频率，从而减小车载充电器中磁体、电容和散热片的尺寸。这使得整个车载充电器的体积和重量减少了30-40%，能效可以接近百分之九十七。

增长中的氮化镓市场

以往，氮化镓电源市场主要是在小众应用领域。但在去年，使用氮化镓技术的智能手机快速充电器（>28瓦）已经问世。更小的尺寸、更高的效率和性价比，使其在手机以及笔记本电脑应用中备受青睐。氮化镓的主要应用是开关电源（SMPS），因为它可满足快速开关和高效率的需求。便携电源适配器（