据外媒报道，在EnerConnect项目中，弗劳恩霍夫可靠性和微集成研究所（Fraunhofer IZM）的研究人员正在测试双向阻断氮化镓（GaN）晶体管，以设计一个可与下一代有源转换器和整流器一起使用的系统。该创新硬件消除了对单独转换阶段的需求，并可实现创纪录的99%效率。

图片来源：Fraunhofer IZM

在自家车库中为电动汽车充电理论上非常有可能。与商用快速充电器相比，这种选择相对低效：当来自家用插座的交流电转换为电动汽车所需的直流电时，转换过程中会损失大量电力。即使是许多电动汽车车主拥有的现代壁挂式充电盒也无法完全解决这个根本问题。

作为EnerConnect项目的一部分，Fraunhofer IZM和柏林工业大学（Technical University of Berlin）的科学家，以及其行业合作伙伴Delta Electronics Inc.、BIT GmbH和英飞凌（Infineon Technologies AG）合作，生产出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巨大的优势，并有望使使用普通家用插座为电动汽车充电更加高效。

双向GaN晶体管如何工作？

有源整流器（例如电动汽车中使用的整流器）利用氮化镓（GaN）或碳化硅（SiC）半导体的功能，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，当前系统只能将电压锁定在一个方向上。它们具有两个栅极结构来处理负电压和正电压，这使得新的开关架构对于公共电网使用的转换器和整流器特别有吸引力。

研究人员目前研究的特殊电路拓扑结构在电力电子领域从未发挥过太大作用，因为如果使用传统元件，它会变得过于复杂。该系统称为降压-升压转换器，可在更高或更低的输入电压下工作。其诀窍在于双向阻断晶体管，可以充分利用这种设计的所有优势。

电动汽车的现行做法是让有源整流器在高压下工作。Fraunhofer IZM目前正在研究的新电路将允许电压更低，从而减少晶体管的开关损耗。

该系统还允许包含转换阶段：通常，整流器需要两个单独的组件，以便首先增加输入电压，然后将其降低回目标电池电压。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中简化，这又通过避免不必要的材料和降低系统成本来提高效率。

高效晶体管不仅限于电动汽车

这两种效应意味着晶体管的效率上升到接近99%，而新架构还可以提高开关频率和功率密度。研究人员正在努力实现300 kHz的目标开关频率，这将使功率密度提高到每升15 kW——比目前市场上的充电器高出整整800%。

该技术似乎是为电动汽车量身定制的，因为转换器安装在车辆上，需要尽可能小。EnerConnect项目的一个目标是优化电路以用于公共电网，以便即使从普通家用插座也能快速为电动汽车充电。

电路拓扑结构允许电流双向流动，这使得它们成为使用汽车电池作为电力存储和用于光伏系统的完美选择。