關(guān)于一些有助于優(yōu)化電源設(shè)計的新型材料

眾所周知，人們對更高電源效率的追求正在推動性能的全方位提升。材料科學(xué)的進(jìn)步對于優(yōu)化電源設(shè)計和開發(fā)更高效、更緊湊和更可靠的解決方案發(fā)揮著關(guān)鍵作用。下文列出了一些有助于優(yōu)化電源設(shè)計的新材料。

寬帶隙半導(dǎo)體 (SiC和GaN）

我們首先要提到的新材料當(dāng)然應(yīng)該是碳化硅 (SiC) 和氮化鎵(GaN)，這兩種寬帶隙半導(dǎo)體正迅速取代硅，越來越多地應(yīng)用于各種電源應(yīng)用。相較于硅，SiC 和 GaN 功率器件可在更高的工作溫度和頻率下工作，不僅可在現(xiàn)有設(shè)計中實(shí)現(xiàn)更高效的功率轉(zhuǎn)換，甚至還可以使用硅器件無法實(shí)現(xiàn)的新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。使用這些材料的電源可以更加小巧輕便，并能提高整體性能。SiC 器件越來越多地應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心高效的機(jī)架式設(shè)計中；GaN 則廣泛用于在筆記本電腦和手機(jī)充電器中常見的低功耗設(shè)計中。隨著 SiC 和 GaN 兩種材料的性能不斷提升，預(yù)計在中等功率應(yīng)用領(lǐng)域，兩種材料的應(yīng)用場景會有大量重疊。

磁性材料

開關(guān)電源中使用磁場來改變電壓水平、儲存能量，并提供電氣隔離。新型軟磁材料的磁性能得到進(jìn)一步改進(jìn)，例如可達(dá)到高飽和磁通密度和低鐵芯損耗，因此可提升電源中變壓器和電感器的效率。此類材料有助于減少能量損耗并提升功率密度。

目前，納米晶合金正用于制造磁芯。此類材料表現(xiàn)出卓越的磁性能和低鐵芯損耗，因此非常適用于電源高頻應(yīng)用領(lǐng)域。

介電材料

新型介電材料正在不斷提升電源中電容器的性能：增強(qiáng)能量存儲能力、降低損耗、提高效率，并確保在各種運(yùn)行條件下都能可靠工作。此類材料能夠承受更高的電壓和頻率，有助于提升功率密度和可靠性。

導(dǎo)電聚合物等聚合物電容器材料的進(jìn)步，不僅提高了電容器的導(dǎo)電性、降低了等效串聯(lián)電阻 (ESR)，還有效延長了使用壽命。因其卓越的性能，聚合物電容器已在電源領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

絕緣材料

此類材料在變壓器、電容器和其他元器件的絕緣系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。這種材料的進(jìn)步可以降低損耗、增強(qiáng)可靠性，并能通過改善散熱性能實(shí)現(xiàn)更緊湊高效的設(shè)計。氮化鋁 (AlN) 和氮化硅 (Si3N4) 等高性能陶瓷絕緣材料具有出色的導(dǎo)熱性和電氣絕緣性能。

先進(jìn)導(dǎo)電材料

使用高導(dǎo)電性金屬和合金材料，包括導(dǎo)電性得到改善的銅和鋁合金，有助于降低導(dǎo)體和連接器等電源元器件中的電阻損耗。

柔性可拉伸材料

隨著柔性基材和可拉伸材料的發(fā)展，設(shè)計可變形狀的柔性電源成為可能。此類材料適用于空間受限和需要采用非常規(guī)外形的應(yīng)用場合。

3D 打印材料

3D 打印技術(shù)支持在電源制造過程中使用多種材料。增材制造技術(shù)能夠制造復(fù)雜和定制的元器件，從而提高設(shè)計靈活性并加快原型制作速度。

熱界面材料

有效散熱對于保持電源中電子元件的可靠性、效率和使用壽命至關(guān)重要。熱界面材料用于發(fā)熱器件（例如功率晶體管）與散熱器件（例如散熱器）之間。其中包括導(dǎo)熱膠、墊片、導(dǎo)熱膏和墊圈，對于有效散熱至關(guān)重要。新型材料（如導(dǎo)熱硅膠）具有高導(dǎo)熱性并且熱阻性能得到改進(jìn)，有助于管理電力電子元件產(chǎn)生的熱量，提高整體可靠性和性能。

展望未來，業(yè)內(nèi)正在探索將石墨烯和碳納米管用于電源的熱管理應(yīng)用。此類材料具有出色的導(dǎo)熱性，適用于高功率密度環(huán)境中的散熱解決方案。

環(huán)保材料

人們越來越重視可持續(xù)發(fā)展，這推動了環(huán)保材料在電源設(shè)計中的應(yīng)用。這種材料包括對環(huán)境影響小的材料、可回收元器件以及符合 RoHS（有害物質(zhì)限制）標(biāo)準(zhǔn)的材料。

先進(jìn)納米材料

納米復(fù)合材料等納米材料因其獨(dú)特的電學(xué)、熱學(xué)和機(jī)械性能而備受關(guān)注。在電源的各個元器件中加入納米材料可以提高其性能和效率。

可印刷電子材料

在柔性印刷電子領(lǐng)域，基于新型材料的可印刷導(dǎo)電油墨正在開發(fā)中。此類油墨可以用于制造印刷電路和電子元件，為電源設(shè)計和制造帶來全新可能。

RECOM 利用材料科學(xué)的最新進(jìn)展

RECOM 產(chǎn)品充分利用了技術(shù)升級的優(yōu)勢，因?yàn)檫@些材料科學(xué)的進(jìn)步達(dá)到了我們嚴(yán)格的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并已經(jīng)用于批量生產(chǎn)。

電源領(lǐng)域的諸多改進(jìn)可能對客戶來說并不明顯，實(shí)際上具體表現(xiàn)為效率的提高、工作溫度范圍的擴(kuò)大或可靠性的增強(qiáng)。

例如，全新 RKK 系列是對應(yīng)用廣泛的現(xiàn)有RKE/RFMM系列的升級，是一款功率為 1 W 的非穩(wěn)壓隔離型 SIP-7 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。RKK 采用平面變壓器技術(shù)，具備更出色的磁性能和更低的 EMI，可在最高 105°C 的溫度下工作而不會降額，使用壽命更長，效率更高，并且在輕負(fù)載下仍然可以保持高效率。此外，該系列取消了灌封工藝，不僅可以節(jié)省成本，降低重量（重量減半至僅 1.7 克），還使產(chǎn)品獲得了“綠色”認(rèn)證。另一個新系列，RYK，具有完全線性穩(wěn)壓輸出以及類似的增強(qiáng)功能。

結(jié) 論

材料科學(xué)領(lǐng)域的持續(xù)研究和創(chuàng)新正不斷推動電源技術(shù)的發(fā)展。材料領(lǐng)域取得的廣泛進(jìn)展，如介電材料、絕緣材料、環(huán)保材料等各種材料的改進(jìn)，使電源設(shè)計受益匪淺。

將這些先進(jìn)材料融入電源設(shè)計，有助于提升產(chǎn)品的效率、可靠性，并實(shí)現(xiàn)微型化和可持續(xù)發(fā)展。RECOM 的設(shè)計師們將不斷評估采用各種新材料制造的新元件，并適時將其集