8月23日，美国能源部先进能源研究计划署（ARPA-E）宣布资助3000万美元用于开展“利用独创的拓扑结构和半导体材料制造创新可靠的电路（CIRCUITS）”主题研究项目^[1]，旨在利用宽禁带半导体开发新型高效、轻量化、可靠的电力电子变换器，并结合全新的电路拓扑结构、数字化控制技术、热管理和半导体封装技术，实现电力电子变换器性能的重大突破，从而实现基于半导体组件的各类电子器件的性能最大化、能耗最小化，为交通、信息、电力等行业带来变革性影响。本次资助项目具体研究内容如下：

1、基于氮化镓半导体原件电力电子变换器开发

利用氮化镓基晶体管开发超快、自驱动、自动运行双向固态断路器，以便在发生故障时候更好地保护电网，降低电网保护成本和响应时间；利用氮化镓半导体替代传统的硅基半导体制备全新的开关，结合全新开发的晶体管集成电路，改善各种不同速率的电机性能，降低其能耗和制造成本；基于氮化镓电子器件开发高效交流变直流整流器，减少转换过程的能量损失；基于氮化镓半导体为集成的电机驱动器开发电流源逆变器，以节省能耗；利用基于氮化镓半导体的飞跨电容多电平变换器来开发全新的紧凑型、轻量化、高能量密度的车载双向充电器，以缩短充电时间。

2、基于碳化硅半导体原件电力电子变换器开发

利用基于碳化硅半导体的固态变压器来开发电动汽车用500千瓦智能、便携、高效的快速充电器；开发基于碳化硅半导体的新型高效、低能耗无线电力变压器，将其应用于计算机数据中心，减少数据中心能耗，减低运营成本；针对中压范围（4-13千伏）的电网应用，利用碳化硅半导体开发小尺寸、模块化、高性能的固态变频器；基于碳化硅半导体的紧凑型发动机驱动系统，以实现对高速永磁同步电机的功率的更加有效控制，减少能耗；针对电动汽车，利用碳化硅基的金属-氧化物半导体场效应晶体管开发小体积、轻量化、高性能的交流到直流的超快充电器，减少充电时间；基于碳化硅半导体开关为直流、交流系统开发通用的变流器，以减少系统的质量、体积、成本和故障率；为电网储能系统开发一个基于碳化硅半导体的全新的双向、高压功率变换器，改善储能系统效率，减少系统的尺寸和成本；开发一种基于碳化硅半导体的单极的15千瓦的交流到交流的电力变换器；利用碳化硅电子器件为重型设备和其他大型的交通工具（如卡车、公交车等）开发一个500千瓦的功率逆变器，减少转换过程的能量损失；开发全新的碳化硅基的功率变换器，以在小电池组模块下实现高功率、高电压的转换，减少电动汽车电力系统的尺寸；针对集成电路（如计算机的微处理器）开发全新的碳化硅基谐振电压调节器架构，实现对集成电路功率的更优控制，减少其能耗；利用碳化硅半导体基变换器的拓扑结构为电动汽车开发高功率的快速充电设施，减小充电设施体积；基于碳化硅半导体开发单电源级联型多电平直流-交流逆变器，同时结合现有的中压交流-直流逆变器开发双向的固态变压器，以将低压交流电高效转换为高压交流电。 （郭楷模）