人们在减缓气候变化方面的努力推进了非化石燃料、可再生能源解决方案以及交通运输行业加速电气化的进程。这些新技术要求使用大功率，因此也推动了电源行业的新发展。电动汽车 (EV) 的电池组电压可超过 900 VDC，容量可达 95 kWh。快速 EV 充电系统的额定功率超过 240 kW。氢燃料电池的电芯堆叠是另一项在研的汽车供电技术，其容量可超过 500 kW，输出电流可达 1000 A。
一方面，我们需要摆脱化石燃料，另一方面，全球能耗又在不断攀升。服务器场便是有着更高能源需求的应用例子之一。为了有足够的可再生能源来支撑运行，服务器场正从交流配电转型为直流配电，其工作电压达 360 VDC，电流容量达 2000 A。此外，许多新兴技术也在使用 1800 VDC 级别的电压。
一、市场需求下的挑战
面对测试这些大功率产品的市场要求，EA需要开发输出功率更大、输出电压更高、以及有助于减小测试系统体积并降低能耗成本的电源。因此，EA新推出的10000系列可编程直流电源需要满足以下目标：
1、效率优于现有可编程直流电源
2、更高的直流输出电压，达 2000 V
3、更高的功率密度，更小的体积
4、更低的单位能耗成本
EA 设计团队考虑过是使用基于硅 (Si) 的晶体管技术，还是使用更新的碳化硅 (SiC) 功率晶体管。如果使用现有的硅半导体技术，在采用工作频率为 40 kHz 的开关模式设计时，电源设备的最高效率可达 93%。如果电源设备使用 5 kW 电源模块，那么可实现的功率密度为 9.2 W/in3。
二、硅晶体管电源的限制
基于硅的 MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）设计需要三个开关晶体管，才能达到 5 kW。考虑到 MOSFET 的 30% 的降额需求，5 kW 电源模块必须串联三个 500 VDC 模块，才能实现 1500 VDC。三个 5 kW 电源模块才能组成一台 15 kW 的设备。如要满足 150 kW 的负载需求，测试系统设计师将需要十台 15 kW 电源。这个电源数量需要占用高度达 42U 的 19 英寸测试机架。如果负载需求为 450 kW，测试系统将需要包含三台测试机架，占用 18 平方英尺的机架空间。如果电源需要以 93% 的最高效率运行，测试系统将产生大量热量 (31.5 kW)，而这些热量是需要被去除的。
而考虑到新电源系列所要达到的目标，更是困难重重，因此 EA 设计团队决定采用碳化硅功率晶体管。下文介绍了碳化硅技术相对于其他方案的优势。
三、碳化硅 MOSFET 的效率优于硅 IGBT
三相系统电源的先代产品采用硅绝缘栅双极晶体管 (IGBT)。IGBT 能够支持 1200 V，并提供大电流。但 IGBT 的传导和开关损耗也较大。相比之下，碳化硅 MOSFET 大功率半导体的传导和开关损耗则低得多。如图 1 所示，当用作开关时，碳化硅 MOSFET 的压降低于等效 IGBT 的压降。饱和碳化硅 MOSFET 的沟道电阻 RDS（通）低于饱和 IGBT 的 PN 结电阻，在低负载条件下，尤其如此。因此，碳化硅 MOSFET 的传导损耗低于 IGBT 的传导损耗。开关损耗方面的差异（如图 1 右侧所示）则要大得多。硅 IGBT 的电容高于碳化硅 MOSFET，因此，IGBT 关断所需的时间更长。图 1 显示，碳化硅 MOSFET 的开关能量损耗降低了 10 个系数。
图 1. 碳化硅 MOSFET 与硅 IGBT 之间的开关和传导损耗比较
四、碳化硅晶体管的开关，速度优于硅晶体管
由于碳化硅 MOSFET 所需的开关时间更短，因此这些晶体管能够以更快的开关速度工作。图 2 显示，无论是导通操作，还是关断操作，碳化硅 MOSFET 的电压变化率 (dv/dt) 都几乎是硅 MOSFET 电压变化率的两倍。
图 2. 硅 MOSFET（上方的图）与碳化硅 MOSFET（下方的图）的通断电压变化率比较
五、碳化硅晶体管的可靠性更高
