来源：半导体行业观察
电力电子应用领域的原始设备制造商 (OEM) 对电力电子元件的效率和功率密度提出了更高的要求，同时还坚持高可靠性和器件小型化。为了实现这些目标，宽禁带 (WBG) 半导体，如碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN)，正在电力电子市场得到广泛应用。这些 WBG 功率半导体支持更高的电压运行，并适用于数据中心、电动汽车和可再生能源等领域的新型电源架构。
未来十年，电力电子产品的需求预计将快速增长，这主要得益于电动汽车和数据中心的需求增长。据IDTechEx预测，到2036年，电力电子市场规模将超过650亿美元，未来十年复合年增长率将达到10%。
电动汽车：碳化硅将占据主导地位；氮化镓需要更多时间才能巩固其地位。
过去20年来，硅IGBT一直是牵引逆变器领域以及车载充电器和DC-DC转换器领域的主要功率器件，而其他硅功率器件也同样占据主导地位。然而，诸如碳化硅MOSFET之类的宽禁带技术在电动汽车电力电子市场中占据了越来越大的份额。IDTechEx预测，到2036年，碳化硅MOSFET将占据电动汽车牵引逆变器市场以及车载充电器和DC-DC转换器市场的大部分份额。其高温运行、更快的开关速度和更小的尺寸，不仅提高了效率，还减轻了重量和体积，最终提升了电动汽车的续航里程和性能。
GaN 在电动汽车领域具有巨大的潜力，但汽车用 GaN 的发展取决于其在电动汽车环境中长期可靠性的证明，以及其在 800V 电动汽车电源架构中高电压下工作的能力。
数据中心：宽禁带晶体管助力向 800VDC 电源架构转型
自2023年人工智能广泛应用以来，数据中心行业发生了翻天覆地的变化。人工智能模型日趋复杂，训练所需的计算能力也越来越强。这促使新一代人工智能芯片快速发展，而这些芯片的功耗也更高。人工智能数据中心电力电子行业必须做出相应调整，才能支持未来几代人工智能的训练。
宽禁带半导体预计将在数据中心电源单元 (PSU) 以及负载点电源转换领域得到更广泛的应用。SiC 和 GaN 更高的开关频率和击穿电压使其能够在更小的尺寸下实现更强大、更高效的电源转换器件，同时仍能保持人工智能训练和推理所需的可靠性。
与此同时，未来几年数据中心电源架构将经历一次范式转变，从交流供电转向800VDC（高压直流）数据中心电源架构。这一转变有望简化数据中心电力电子设备，减少电源转换级数和故障点。同时，这将提高数据中心的整体效率，并有望在本十年末实现1MW机架的预期目标。
本报告包含对未来十年数据中心电源架构的预测；IDTechEx 预计，在预测期内，800VDC 将成为新型 AI 数据中心的主流电源架构。在本报告中，IDTechEx 将数据中心电力电子市场与电动汽车电力电子市场进行比较，指出了两者之间的关键交叉点和共享创新。
风能：硅的可靠性已得到验证，减缓了宽禁带技术的普及
尽管风能电力电子在整个电力电子市场中所占份额相对较小，但它与电动汽车和数据中心行业形成了鲜明对比。由于风能电力电子器件需要更高的功率等级、更严苛的运行环境（极端温度波动、高湿度和盐雾），且一旦发生故障将造成巨大损失，因此风能电力电子行业一直对采用新型宽禁带电力电子技术持谨慎态度，而是倾向于选择久经考验、可靠性高的硅技术。
通过追踪风电OEM厂商与碳化硅（SiC）供应商之间的合作关系，以及IDTechEx与日立能源等企业的对话，IDTechEx对未来十年风电转换器中硅（Si）和碳化硅的需求进行了预测，并预测未来十年风电电子行业将稳步采用碳化硅。碳化硅在风电行业的应用标志着宽禁带技术的一次变革；其在严苛环境下的长期可靠性已得到充分验证，足以将其应用范围扩展到可再生能源领域。
从人工智能数据中心这种对功率密度要求极高的环境（用于训练下一代人工智能模型，从而推动电力电子创新领域的投资），到风力涡轮机功率转换器（成本压力和可靠性至关重要），电力电子创新在不同行业呈现出截然不同的面貌。由于应用领域如此迥异却又相互关联，因此必须采取跨行业的方法，才能了解一个领域的创新如何影响其他领域。
（来源：编译自idtechex）
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