近年来，以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体材料在新能源汽车、轨道交通、智能电网、半导体照明、新一代移动通信、消费类电子等领域的应用被广为讨论，其应用也将推动电源设计、磁件设计新变化。

改变电源设计

SiC和GaN以高效的光电转化能力、优良的高频功率特性、高温性能稳定和低能量损耗等优势，成为支撑信息、能源、交通、先进制造、国防等领域发展的重点新材料。SiC和GaN并称为第三代半导体材料的双雄。

与硅器件相比，GaN在电源转换效率和功率密度上实现了性能的飞跃。GaN具备出色的击穿能力、更高的电子密度及速度、更高的工作温度。GaN的能隙很宽，为3.4eV，广泛应用于电源适配器、光伏逆变器或太阳能逆变器、服务器及通信电源等终端领域。

SiC则具有宽的禁带宽度、高的击穿电场、高的热导率、高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力，非常适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件。

SiC和GaN可以使整个电源模组变得更小、更快、更可靠和更高效。这将减少电力电子元件的质量、体积以及生命周期成本，允许设备在更高的温度、电压和频率下工作，使得电子电子器件使用更少的能量却可以实现更高的性能。

两者的应用领域覆盖了新能源汽车、光伏、机车牵引、智能电网、节能家电、通信射频等大多数具有广阔发展前景的新兴应用市场。

据麦姆斯咨询报道，2018年全球将会有超过20家的汽车业者，在OBC中使用SiC肖特基二极体(Schottky Diodes)或SiC MOSFET。未来SiC功率半导体在OBC市场中有望以 44%的复合年均增长率(CAGR)速度成长至2023年。

麦姆斯继续指出，未来将有愈来愈多的汽车制造商会在主逆变器中采用SiC功率半导体，特别是中国车商，近几年更是纷纷考虑使用SiC功率元件，因此，2017~2023年，SiC功率元件在主逆变器市场的CAGR，更可能高达108%。

目前第三代半导体器件主要集中在欧美日等企业，主要包括德州仪器、英飞凌、安森美、瑞萨和东芝等。不过国内企业已经在加快研发布局。比如2017年6月，易事特就与西南交通大学国家轨道交通电气化与自动化工程技术研究中心合作，双方联合开展基于第三代半导体(氮化镓、碳化硅)器件、车载辅助逆变器、分布式电源应用及电力电子变压器等关键技术的研发工作。

氮化镓结构图

改变磁件设计

SiC和GaN的发展，不仅对电源设计产生，也推动着磁性元器件设计在体积和散热等多方面发生变化。

比如磁件常用领域，开关电源在设计时便需要考虑整个产品的散热问题，而其主要的发热元器件就包括了半导体开关管、功率二极管等半导体器件和高频变压器、滤波电感等磁性元器件。

为达到减小发热量的目的，过去一般主要是采用更大截面积的磁芯变压器，次级采用半波整流的可改用全桥整流，以减少变压器中的直流分量，但磁芯变压器体积增大也使得整个产品的体积变得更加笨重。

而用SiC 双极结型晶体管(BJT)实现时，不仅可以使开关频率从原来的25KHz做到72KHz，还可以由采用到5个薄膜电容到只用2个，并且使散热器尺寸、电感尺寸都降低三分之一，亦即可用更小的电感，甚至减少周边电路所需的电感，从而大大节省设计体积并提升转换效率和系统总材料成本。

此外，电源适配器在小型化过程中也面临很多挑战，比如如何在元器件数量减少的情况下，同时兼顾更高功率密度、散热管理与低抗电磁干扰(EMI)。

对于这方面，许多半导体企业都已提出了新的设计，比如安森美就曾推出了自适应有源钳位反激控制器NCP1568和700V半桥驱动器NCP51530，这些器件便使用了GaN 场效应晶体管(FET)，且只需少量外部器件就可实现高密度的设计。它还能避免像传统的的反激拓扑架构中，在开关时产生的振铃致使变压器产生高频EMI。