工业应用

碳化硅和氮化镓为工业驱动赋能

宽带隙半导体不仅可以节约能源，还可以实现机器人技术所需的小型化驱动。

工业应用面临着较大的双重挑战：提高能源效率的同时，需要减少碳排放。这不仅仅来自于日益增长的社会压力和愈发严格的法律要求，还因为能源是一个主要成本因素。在这种情况下，电力驱动十分关键因素，而它们占工业总耗电量的70%左右。根据德国电气电子和信息技术委员会（DKE）的数据，到2020年，欧洲工业中使用的电动机要将把大约1470太瓦时转换成机械能。

生态设计的新要求

欧盟委员会早在2009年就在其第640/2009号条例中提出了对电动机的设计要求，要求其设计需要对环境友好，减少能源消耗。2021年7月1日生效的（欧盟）2019/1781号条例规定了电动机和变速驱动器对生态方面的设计要求，使其更加严格。它规定在特定的应用中使用IE3或IE4电机，并首次包括变速驱动器。据估计，到2030年，在新条例的约束下我们每年能额外节省10太瓦时的电力，温室气体排放每年也会减少300万吨二氧化碳当量。

利用变频驱动节能

变频驱动有着巨大的节能潜力，它们可以确保电动机只提供应用实际需要的功率，这是原因之一。根据Global Market Insights的市场研究，仅在2019年就有2300万台变频驱动被安装。而日趋严格的能源效率指标正在推动变频驱动的需求稳步上升，根据不同的分析师所预测，该器件年均增长率从5%到6%不等。

宽带隙半导体可以显著提高变频器的效率。相比传统硅基器件，宽带隙半导体允许系统在更高的电压和温度下运行，而且它们的开关和传导损耗也更低。采用碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）的功率电子元件能助力我们设计出工作速度更快、效率更高的小型器件。

远不止是节能

伺服驱动器中的宽带隙器件可减少高达80%的功率半导体损耗 —— 这意味着不需要冷却风扇了。风扇本身会消耗能源并需要定期维护，所以这一结果不仅节省了空间，还有助削减运营成本。

由于SiC和GaN的耐热和循环能力，转换器本身也可以被安置在一个小尺寸的封装中。这意味着单个机柜中的驱动器或变频器的数量可以轻松翻倍，在生产空间有限的情况下，这是一个巨大优势。最终，这项技术甚至可以实现电机和驱动装置的集成，使整个驱动系统的微型化成为可能。

用于机器人的微型驱动器

微型化驱动器既紧凑又强大，更容易直接集成到机器人手臂上 —— 比如它可以省去机柜和手臂之间的几十根电缆。传统的伺服驱动系统的驱动和电力系统必须安置在一个单独的机柜中，而基于SiC或GaN的系统设计可以实现 "无机柜 "。

综上所述，采用宽带隙半导体的驱动技术在减少工业能源消耗的同时，还能实现更强大、更灵活、更机动、而且更经济的机器人技术。