因此，我们必须更加重视提高社会对自身行为的认识，并寻找防止能源消耗对地球造成不可逆转损害的方法。可再生能源发电设施的广泛部署和车辆的电气化是推动这一目标的两大主要举措。
预计未来几年，电动汽车的消费量将比目前水平增长十倍。例如，欧盟的目标是在本十年末之前，其道路上的电动乘用车数量超过3000万辆。这主要归功于以下几个原因。首先，政府和私营企业对充电基础设施的大量投资，增强了公众从传统内燃机汽车转向电动汽车的信心。目前，欧洲大陆约有25万个充电桩投入运营，而且这一数字还在持续增长。电动汽车普及率上升的另外两个关键原因是其更长的续航里程和更快的充电速度，这为用户带来了更大的便利。
此外，提高运营效率和消除能源损耗同样至关重要。太阳能和风能转化为电能的比例越高，这些可再生能源电站的效率就越高，因此必须努力改进逆变器的设计。电动机和工业驱动装置必须以最小的能量损耗运行。为了实现这一点，需要更复杂的控制算法。
新的挑战需要新的策略。
电动汽车、工业驱动和可再生能源对电气系统提出了更高的要求，促使电气系统不断创新。宽禁带 (WBG) 技术的出现是实现更高性能水平和缩小系统整体尺寸（通过采用更小的外围无源元件）的关键。例如，使用碳化硅 (SiC) 代替硅 (Si) 可以显著提高开关速度，从而大幅提升能量转换效率。SiC MOSFET 正在取代体积庞大的 Si IGBT，并且显著降低了导通和关断损耗。电动汽车和可再生能源系统中使用的 DC/DC 转换器就体现了这些优势。
此外，SiC MOSFET 模块具有更高的功率密度，这意味着可再生能源逆变器、工业驱动和电机控制系统可以更加紧凑，同时仍能提供更高的运行效率。它们能够在比 Si 器件更高的温度下工作，因此其可靠性优势也不容忽视。
要实现长期可持续发展所需的改进，技术进步必须影响电力系统设计的各个方面。这些进步将体现在半导体工艺、电力和电机控制器件配套的开发硬件以及系统开发方法等方面。工程师若想实现其雄心勃勃的效率目标，就需要广泛的支持。评估板将帮助他们确定设计中所需的器件参数，并加快原型制作过程。当工程师希望用更高性能的宽禁带（WBG）器件替代现有的硅基器件时，参考设计将发挥至关重要的作用。.
东芝在下一代电源系统设计中的角色：
东芝始终将自身定位为功率半导体行业的先驱，并通过大量的资金投入不断巩固其在这一领域的承诺。近期两个例证是：今年春季，东芝宣布将扩建其位于日本加贺的生产基地（该基地拥有约1000名员工），在现有200毫米晶圆生产线的基础上新增一条300毫米晶圆生产线。这条新生产线将专门用于生产先进的分立式功率器件。
此外，东芝近期还确认将在欧洲建立一个高压实验室。该实验室位于东芝杜塞尔多夫园区内，将使公司能够增强本地工程能力，以满足其不断增长的高压产品组合对工程技术的严苛要求。这意味着，通过仿真和评估实际应用，东芝的工程师可以更快速、更有效地满足客户需求，克服复杂的技术挑战，并开发出有效的解决方案。该实验室将配备先进的功率测量和分析设备，并由经验丰富的工程师团队负责运营。该项目计划于今年十月开始运营，并将在未来两年内进行扩建。
产品创新：
东芝最新推出的M4K系列微控制器单元（MCU）新增产品，均采用32位ARM® Cortex®-M4内核和浮点运算单元（FPU），显著提升了电机控制能力。新款TXZ+器件采用先进矢量电机增强型（A-VE+）技术，使其非常适用于交流电机和无刷直流电机（BLDC）的磁场定向控制（FOC）以及伺服驱动。
近期发布的TPHR7404PU MOSFET具有低峰值能力，可有效抑制开关过冲效应。这款分立式40V N沟道功率器件采用东芝专有的U-MOSIX-H工艺技术，尤其适用于开关电源应用中的二次同步整流，能够显著降低电磁干扰（EMI）辐射。
图 1：东芝基于其 TW070J120B SiC MOSFET 技术的三相 PFC 参考设计
东芝开发的400VAC三相功率因数校正（PFC）参考设计旨在促进电动汽车充电基础设施的部署，并简化从硅基电池组向更高效的水基电池组（WBG）的过渡。该设计采用东芝的TW070J120B SiC MOSFET和TLP5214A栅极驱动器技术，并采用无桥三相设计。其750VDC的输出容量完全符合电动汽车充电所需的高电压要求。转换效率可达97%，功率因数可达0.99。
得益于东芝的双向DC/DC参考设计，可以构建一种电源系统，在用电高峰期，可以将电池储备中的能量从电网获取。该设计同样采用了TW070J120B SiC MOSFET和TLP5214A栅极驱动器元件，低压侧则使用了TK49N65W5硅基N沟道MOSFET。该参考设计能够双向提供 5kW 的功率。为确保安全，设计中包含过流和欠压锁定保护机制。
通过与开发硬件制造商 MikroElektronika 的合作，东芝可为工程师提供一系列 Click 板™，帮助他们构建高效的电机控制系统。DC MOTOR 14 Click 是一款脉冲宽度调制 (PWM) 开关型解决方案，用于驱动正反转的有刷直流电机。该板的核心是 TB67H450FNG 驱动 IC，其最大电流为 3.5A。低阻抗 MOSFET 和 PWM 工作模式可实现高效的电机驱动，并将发热量降至最低。
图 2：基于东芝 TB67H450FNG 驱动芯片的 Mikroe DC MOTOR 14 Click 板
如果我们想要使电力消耗适应现有资源，并构建一个对环境影响更小的社会，仍然面临诸多挑战。然而，得益于技术的不断进步，我们有理由对实现这一目标抱有乐观态度。.
作者： Peter Lieberwirth，东芝电子欧洲有限公司市场营销和运营副总裁
