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隨著燃燒化石燃料造成的環境汙染和氣候變遷日益嚴重，發展清潔能源已成為全球共識，其中燃料電池和綠能發電就是其中一種重要的發展方向。近期，來自中興大學電機系教授賴慶明團隊與日本神戶大學教授三島智和的研究室，共同聯合開發出一種具有高昇壓能力、低噪音特性的新型直流電源，可實現高效率電力轉換，未來有望應用於燃料電池、綠能發電、醫療設備等領域。
 
一般電力形式可分為直流電（direct current, DC）與交流電（alternating current, AC）。相較於交流電，直流電的效率高、建置成本低，且因為不需要進行交流電的轉換，電能損失和額外的元件成本也較少。但由於傳統的直流電源存在著昇壓能力有限、噪音大等缺點，因此在應用上的限制較多。為了克服這些限制，由中興大學、神戶大學組成的跨國團隊引入高速功率半導體器件的技術，實現了直流電源的高頻率化和軟開關，進而有效抑制功率損耗和電磁干擾，並最大限度地減少如電阻器、電容器等被動元件（passive component）的使用。
 
為了完成高效率直流電源的開發，研究團隊採用新型的半導體元件「氮化鎵高電子遷移率電晶體」（GaN HEMT）。由於GaN HEMT具有高效率、高功率密度等特性，使團隊能在不使用抑制器（snubber）電路〔註〕的情況下，達成一兆赫（MHz）以上的零電流軟開關，並降低電源的噪音水準。為了進一步驗證此直流電源的使用，研究團隊製作出一臺額定輸出功率為120瓦特（W）的試驗機，針對它進行全面的評估。實驗結果顯示，該電源的電力轉換效率達到91.3％，電力密度為39W/in³（每立方英吋瓦特數）。此外，團隊也藉由熱成像技術，驗證這款功率半導體器件的熱損耗可以被有效控制。
 

〔註〕又稱緩衝器電路或保護電路，能保護電子設備免受瞬態電壓尖峰衝擊。

 
目前團隊製作出的電源容量為100 W級別，未來他們將朝著千瓦（kW）級別和100W/in³的電力密度目標發展，以滿足各行各業中更廣泛的直流電源應用需求。這項研究成果對於推動燃料電池和環境發電技術的發展，以及提升電源裝置的效率和穩定性具有重要意義，有望為相關領域的技術創新和產業發展提供有力的支援。隨著高效率直流電源技術的不斷發展和完善，也期待它能在清潔能源的發展和利用中發揮更加重要的作用。
 

新聞來源
中興大學研發處（2024年5月21日）。興大與神戸大學合作開發高效率直流電源 可應用於燃料電池和綠能發電。國立中興大學秘書室，https://secret.nchu.edu.tw/2024/05/21/23473/。