材料科学的进步助力优化电源设计和性能表现

众所周知，人们对更高电源效率的追求正在推动性能的全方位提升。材料科学的进步对于优化电源设计和开发更高效、更紧凑和更可靠的解决方案发挥着关键作用。下文列出了一些有助于优化电源设计的新材料。

宽带隙半导体（SiC 和 GaN）

我们首先要提到的新材料当然应该是碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN)，这两种宽带隙半导体正迅速取代硅，越来越多地应用于各种电源应用。相较于硅，SiC 和 GaN 功率器件可在更高的工作温度和频率下工作，不仅可在现有设计中实现更高效的功率转换，甚至还可以使用硅器件无法实现的新拓扑结构。使用这些材料的电源可以更加小巧轻便，并能提高整体性能。SiC 器件越来越多地应用于数据中心高效的机架式设计中；GaN 则广泛用于在笔记本电脑和手机充电器中常见的低功耗设计中。随着 SiC 和 GaN 两种材料的性能不断提升，预计在中等功率应用领域，两种材料的应用场景会有大量重叠。

磁性材料

开关电源中使用磁场来改变电压水平、储存能量，并提供电气隔离。新型软磁材料的磁性能得到进一步改进，例如可达到高饱和磁通密度和低铁芯损耗，因此可提升电源中变压器和电感器的效率。此类材料有助于减少能量损耗并提升功率密度。

目前，纳米晶合金正用于制造磁芯。此类材料表现出卓越的磁性能和低铁芯损耗，因此非常适用于电源高频应用领域。

介电材料

新型介电材料正在不断提升电源中电容器的性能：增强能量存储能力、降低损耗、提高效率，并确保在各种运行条件下都能可靠工作。此类材料能够承受更高的电压和频率，有助于提升功率密度和可靠性。

导电聚合物等聚合物电容器材料的进步，不仅提高了电容器的导电性、降低了等效串联电阻 (ESR)，还有效延长了使用寿命。因其卓越的性能，聚合物电容器已在电源领域得到了广泛应用。

绝缘材料

此类材料在变压器、电容器和其他元器件的绝缘系统中发挥着关键作用。这种材料的进步可以降低损耗、增强可靠性，并能通过改善散热性能实现更紧凑高效的设计。

氮化铝 (AlN) 和氮化硅 (Si3N4) 等高性能陶瓷绝缘材料具有出色的导热性和电气绝缘性能。

先进导电材料

使用高导电性金属和合金材料，包括导电性得到改善的铜和铝合金，有助于降低导体和连接器等电源元器件中的电阻损耗。

柔性可拉伸材料

v随着柔性基材和可拉伸材料的发展，设计可变形状的柔性电源成为可能。此类材料适用于空间受限和需要采用非常规外形的应用场合。

3D 打印材料

3D 打印技术支持在电源制造过程中使用多种材料。增材制造技术能够制造复杂和定制的元器件，从而提高设计灵活性并加快原型制作速度。

热界面材料

有效散热对于保持电源中电子元件的可靠性、效率和使用寿命至关重要。热界面材料用于发热器件（例如功率晶体管）与散热器件（例如散热器）之间。其中包括导热胶、垫片、导热膏和垫圈，对于有效散热至关重要。新型材料（如导热硅胶）具有高导热性并且热阻性能得到改进，有助于管理电力电子元件产生的热量，提高整体可靠性和性能。

展望未来，业内正在探索将石墨烯和碳纳米管用于电源的热管理应用。此类材料具有出色的导热性，适用于高功率密度环境中的散热解决方案。

环保材料

人们越来越重视可持续发展，这推动了环保材料在电源设计中的应用。这种材料包括对环境影响小的材料、可回收元器件以及符合 RoHS（有害物质限制）标准的材料。

先进纳米材料

纳米复合材料等纳米材料因其独特的电学、热学和机械性能而备受关注。在电源的各个元器件中加入纳米材料可以提高其性能和效率。

可印刷电子材料

在柔性印刷电子领域，基于新型材料的可印刷导电油墨正在开发中。此类油墨可以用于制造印刷电路和电子元件，为电源设计和制造带来全新可能。

RECOM 利用材料科学的最新进展

RECOM 产品充分利用了技术升级的优势，因为这些材料科学的进步达到了我们严格的产品质量标准，并已经用于批量生产。电源领域的诸多改进可能对客户来说并不明显，实际上具体表现为效率的提高、工作温度范围的扩大或可靠性的增强。

例如，全新 RKK系列是对应用广泛的现有 RKE/RFMM 系列的升级，是一款功率为 1 W 的非稳压隔离型 SIP-7 DC/DC 转换器。RKK 采用平面变压器技术，具备更出色的磁性能和更低的 EMI，可在最高 105°C 的温度下工作而不会降额，使用寿命更长，效率更高，并且在轻负载下仍然可以保持高效率。此外，该系列取消了灌封工艺，不仅可以节省成本，降低重量（重量减半至仅 1.7 克），还使产品获得了“绿色”认证。另一个新系列，RYK，具有完全线性稳压输出以及类似的增强功能。

结论

材料科学领域的持续研究和创新正不断推动电源技术的发展。材料领域取得的广泛进展，如介电材料、绝缘材料、环保材料等各种材料的改进，使电源设计受益匪浅。

将这些先进材料融入电源设计，有助于提升产品的效率、可靠性，并实现微型化和可持续发展。RECOM 的设计师们将不断评估采用各种新材料制造的新元件，并适时将其集成到现有设计中。