财联社（上海，编辑 黄君芝）讯，电源转换器是一种鲜为人知的系统，它使我们能够插入电脑、电灯和电视机，并在瞬间将它们打开。转换器将交流电（AC）从墙上的插座转换成电子产品所需要的直流电（DC）。但在此过程中，它们也会损失平均高达20%的能量。

功率转换器的工作原理是使用功率晶体管，这些微小的半导体元件可以被设计用来开关电源，并能承受高电压。近期，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的研究人员设计出了一种全新的功率晶体管，可以帮助提高转换器的效率。

据悉，他们的新设计基于纳米级结构，在转换过程中损失的热量要少得多，使得这种晶体管特别适合电动汽车和太阳能电池板等高功率应用。研究成果也于近期发表在了著名科学期刊《自然电子学》上。

变频器的散热主要是由高电阻等因素造成的，这是电力电子设备面临的最大挑战。论文的共同作者、EPFL的POWERlab负责人Elison Matioli说，“我们每天都能看到电力损失的例子，比如笔记本电脑的充电器发热。在大功率应用中，这将成为一个更大的问题。”

“半导体元件的标称电压越高，电阻就越大。例如，功率损耗会缩短电动汽车的行驶里程，并降低可再生能源系统的效率。”他补充道。

Matioli和他的博士生Luca Nela以及他们的团队已经开发出了一种晶体管，可以大幅降低高功率系统的电阻和散热量。更具体地说，它的电阻还不到传统晶体管的一半，但而电压却能保持在1000V以上。

具体而言，EPFL技术包含了两项关键创新。首先，是在元件中建立几个导电通道，以便分配电流——就像在高速公路上增加新的车道一样，让交通更加顺畅，防止交通堵塞。Nela指出，“我们的多通道设计分割了电流的流动，减少了电阻和过热。”

第二项创新是使用氮化镓制成的纳米线，这是一种理想的电力应用半导体材料。纳米线已经用于低功耗芯片，例如智能手机和笔记本电脑，而不是高压应用。POWERlab展示了直径为15纳米的纳米线和独特的漏斗状结构，使它们能够支持高电场和超过1000伏特的电压而不被击穿。

得益于这两项创新的结合：允许更多电子流动的多通道设计，以及增强纳米线电阻的漏斗结构，晶体管可以在大功率系统中提供更高的转换效率。Matioli表示，“我们使用倾斜纳米线打造的原型机的性能是目前最好的GaN功率器件的两倍。”

虽然工程师们的技术仍处于实验阶段，但大规模生产应该不会有任何重大障碍。Matioli说，“增加更多的通道是一件非常简单的事情，而且我们的纳米线的直径是英特尔制造的小型晶体管的两倍大。”

随着电动汽车得到更广泛的应用，对能在高电压下高效运行的芯片的需求将会激增，因为更高效的芯片可以直接转换为更长的续航里程。一些主要的制造商已经表示有兴趣与Matioli合作进一步开发这项技术。