选择半导体技术应用

　　目前,已经有越来越多的国家和全球性企业注意到产品在使用给社会带来的环保压力和污染风险，选择了对废旧家电主动采取家用电器低碳化技术。

　　提高能源利用效率是一个含义广泛的课题。就家用电器而言，狭义的提高效率主要是提高家用电器在运行过程中的能源利用效率。目前，各国基本已对家用电器的能源利用效率展开监管，能效标签、能效等级制度是较为常见的监管方式。而广义的提高效率还需要考虑制造过程的能源消耗、原材料能耗、运行过程中间接的能效影响。本文讨论的效率问题仅限于狭义范围，且只针对利用技术进步实现能源利用效率提高的措施，并将着重阐述电力半导体对提高家用电器能源利用效率的作用。

　　半导体器件的发明和应用深刻地改变了近50年的人类历史发展进程。进入21世纪，半导体器件无处不在，已成为构筑信息化社会的基石。同时，电力半导体在提高电力转换效率方面的作用使之成为构筑低碳社会的基石。半导体技术的节能效果是显而易见的。世界首台采用电子管的电子计算机ENIAC重达30吨，耗电量高达200kW，而如今具有同样功能的半导体计算设备重量仅为几克，耗电量不足1W。同时，电力半导体在太阳能光伏和风力发电装置的电能转换、储存、输送过程中发挥着关键性作用。可见，可再生能源利用和能源转换装置效率的提高都离不开半导体技术的创新应用。

　　电机是多数白色家电的主要耗电部件，虽然调速控制和变扭矩控制技术在提高电机效率方面的作用早已为人所知，并在工业领域得到广泛应用，但是在电力半导体出现前，这些技术难以应用于结构紧凑、维护相对不便的家用电器中。例如，具有调速功能的直流电机在配备半导体换向器之前，使用的是机械换向器，而机械换向器的寿命通常不足1000h，并使得驱动电源体积庞大、价格高昂。

　　新型半导体器件的较高效率提升主要是因为器件内部功耗较低。在相同的电路结构下，将二极管从Si材料换成SiC材料，功耗可降低约30%;如果同时替换晶体管，功耗可降低约50%。功耗降低，发热量也随之下降，从而实现电力转换器件的节能化。

　　除功耗低外，GaN和SiC还具备适于小型化的特性。首先，以上述两种材料制成的器件能够实现数倍于Si元件的高速开关，使得电感器等外围电路部件的尺寸大幅下降，从而实现电力转换装置电路的小型化。其次，SiC和GaN元件还可在Si元件无法适应的200℃以上的高温环境下工作，在发热量相同的情况下，能够减小电力转换器件冷却装置的外形尺寸。