在EnerConnect项目中，Fraunhofer IZM的研究人员正在测试双向阻断氮化镓（GaN）晶体管，以设计一种可用于下一代有源变流器和整流器的系统。创新的硬件消除了对单独转换阶段的需要，可以达到创纪录的99%的效率。

理论上，在自家舒适的车库里给电动汽车充电是可能的。与商业快速充电器相比，它仍然是一个效率低下的选择：当来自家庭插座的交流电转换为电动汽车所需的直流电时，在转换过程中会损失相当大的电量。即使是许多电动汽车车主拥有的现代壁箱也不能完全解决这个根本问题。

作为EnerConnect项目的一部分，Fraunhofer可靠性和微集成研究所（IZM）和柏林工业大学的科学家们与他们的行业合作伙伴Delta Electronics Inc.、BIT GmbH和Infineon Technologies AG合作，生产了一种具有创新双向阻断GaN晶体管的系统。

这些晶体管在功率密度和效率方面带来了实质性的好处，并有望使普通家庭插座为电动汽车充电更有效。

如何双向氮化镓晶体管工作吗？

电动汽车中使用的有源整流器已经使用了氮化镓（GaN）或碳化硅（SiC）半导体的性能，它们可以在更小、更便宜的无源硬件中处理更高的开关频率。然而，与双向GaN晶体管不同，电流系统只能在一个方向上锁定电压。它们有两个栅极结构来处理负电压和正电压，使得新的开关结构对公共电网使用的转换器和整流器特别有吸引力。

研究人员正在研究的特殊电路拓扑结构从未在电力电子中发挥过很大作用，因为它与传统元件相比太复杂了。该系统被称为降压-升压转换器，它可以在更高或更低的输入电压下工作。诀窍在于双向阻塞晶体管，它可以抓住这种设计的所有好处。

目前电动汽车的做法是让有源整流器在高压下工作。目前在弗劳恩霍夫电子学研究所（Fraunhofer IZM）研究的新电路可以降低电压，从而减少晶体管的开关损耗。

该系统还允许包括转换阶段：通常，整流器需要两个独立的组件，首先增加输入电压，然后降低到目标电池电压。使用双向阻断GaN晶体管意味着这两个步骤可以在单个转换阶段简化，从而通过避免不必要的材料和降低系统成本再次提高效率。

更高效的晶体管不仅限于电动汽车

这两种效果都意味着晶体管的效率提高到接近99%，同时新的架构也可以提高开关频率和更高的功率密度。研究人员正在努力实现300千赫的开关频率目标，这将使功率密度提高到每升15千瓦，比目前市场上的充电器高出整整800%。

这项技术似乎是为电动汽车量身定制的，因为转换器安装在汽车上，需要尽可能小。EnerConnect项目的一个目标是优化电路，以便与公共电网配合使用，使电动汽车甚至可以从普通的家用插座快速充电。

电路拓扑结构允许电力在两个方向上移动，这使得它们成为使用汽车电池作为电力存储和光伏系统使用的完美选择。

EnerConnect项目计划于2024年2月1日至2028年1月31日在弗劳恩霍夫可靠性和微集成研究所和柏林工业大学运行。

由弗劳恩霍夫研究所<s:1> r Zuverlässigkeit和microintegration IZM提供 引用：创新的晶体管可以使家用电源插座快速充电的电动汽车成为可能(2024,10月21日 作品受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。的有限公司 内容仅供参考之用。