【专题活动】工业设计赋能第三代半导体产业发展在市场规模日渐扩大的情况下，第三代半导体的应用场景正在不断拓展，亟需电力电子器件迭代更新，为工业设计领域的变革升级提出了更迫切要求！

　　工业设计与第三代半导体产业如何融合，才能更好的地促进产业发展？3月25日，在北京工业设计促进中心指导下，北京国联万众发起“第三代半导体助力工业设计新发展”主题活动，活动邀请了来自企业、设计公司及高校的工业设计师、专用电子模块工业设计师、汽车设计高级工程师、第三代半导体器件厂商、系统集成商、科研院所及高校，共同探讨第三代半导体应用对工业设计有哪些机遇与挑战，探讨跨产业协同创新机制，加快应用场景研究及应用解决方案，促进创新产品开发、创新企业培育、创新产业发展。

　　北京工业设计促进中心主任肖澜指出：“工业设计越来越需要和科技结合，科技也越来越需要和工业设计结合。”肖主任希望可以通过对接活动有效地促进产业间的交流与沟通。

　　于坤山，第三代半导体产业技术创新战略联盟秘书长 PG电子官方App下载，北京国联万众半导体科技有限公司副总经理。教授级高级工程师，国际大电网会议（CIGRE）会员，中国电机工程学会会员，美国项目管理协会项目管理专家（PMP），电力行业电能质量及柔性输电标准化技术委员会副主任委员。享受国务院政府特殊津贴、1999年获人事部有突出贡献中青年专家称号、2007年获国家电网公司优秀专家人才称号。曾担任中国电力科学研究院电力电子研究所所长、国网智能电网研究院电工新材料及微电子研究所所长。获国家科技进步二、三等奖各1项，省部级一、二等奖各2项，三等奖1项。

　　以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）为代表的第三代半导体具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速率高、抗辐射能力强等优越性能，可广泛应用于新能源汽车、轨道交通、智能电网、半导体照明、新一代移动通信、消费类电子等民用领域和航天、雷达等军工领域，被视为支撑信息能源、交通、国防等产业发展的核心技术。

　　第三代半导体器件在提高能效、电源系统小型化、提高耐压、高频驱动等方面的性能已经达到了硅器件无法企及的高度。SiC和GaN可以使整个电源模组变得更小、更快、更可靠和更高效。这将减少电力电子元件的质量、体积以及生命周期成本，允许设备在更高的温度、电压和频率下工作，使得电子电子器件使用更少的能量却可以实现更高的性能。

　　以第三代半导体的典型应用场景——新能源汽车为例，相比于传统硅芯片(如IGBT)驱动的新能源汽车，由第三代半导体材料制成芯片驱动的新能源汽车，可以将能量损耗降低5倍左右。

　　相比硅基功率半导体，第三代半导体碳化硅MOSFET具有耐高温、低功耗及耐高压等特点。采用碳化硅技术后，电机逆变器效率能够提升约4%，整车续航里程将增加约7%。

　　Model 3 率先采用SiC，开启了电动汽车使用SiC 先河，2020 年比亚迪汉也采用了SiC 模块，有效提升了加速性能、功率及续航能力，丰田燃料电池车Mirai 车型搭载了SiC，功率模块体积降低了30%，损耗降低了70%。

　　在总功率一定的充电器中，若功率器件的开关频率越高则变压器体积可以更小，而GaN 功率器件的开关速度比Si 功率器件可高100 倍；同时，在功率损耗一致的情况下GaN 晶体管的体积本身也要比传统MOSFET 要小；此外，GaN 晶体管不需要体二极管，因而消除了反向恢复损耗，并进一步提高了效率、减少了开关节点振铃和EMI。GaN 器件在充电器的“瘦身”升级不可没。

　　“氮化镓功率器件”高频高效的特性让充电器实现体积与性能的同时兼顾，氮化镓充电器大功率亦能做的小巧便携，物料成本也逐步下降，各大厂商纷纷推出多款氮化镓充电器抢占先机，这造成2020年氮化镓快充市场火爆。

　　目前市面上氮化镓充电器功率段主要覆盖了30W~100W以上，其中要数65W最为火热。业内电源厂商创富源扎堆发布四款65W GaN系列充电器，分别是65W单口氮化镓充电器、65W 1A1C氮化镓充电器、65W 2C1A直插脚充电器、65W 2C1A折叠脚充电器，满足不同需求客户。

　　就批量生产的工业产品而言，凭借训练、技术知识、经验及视觉感受，而赋予材料、结构、构造、形态、色彩、表面加工、装饰以新的品质和规格，叫做工业设计。

　　根据当时的具体情况，工业设计师应当在上述工业产品全部侧面或其中几个方面进行工作，而且，当需要工业设计师对包装、宣传、展示、市场开发等问题的解决付出自己的技术知识和经验及视觉评价能力时，这也属于工业设计的范畴。

　　目的：设计是一种创造性的活动，其目的是为物品、过程、服务以及它们在整个生命周期中构成的系统建立起多方面的品质。因此，设计既是创新技术人性化的重要因素，也是经济文化交流的关键因素。

　　任务：设计致力于发现和评估与下列项目在结构、组织、功能、表现和经济上的关系；增强全球可持续性发展和环境保护（全球道德规范）；给全人类社会、个人和集体带来利益和自由；在世界全球化的背景下支持文化的多样性（文化道德规范）；赋予产品、服务和系统以表现性的形式（语义学）并与它们的内涵相协调（美学）。

　　工业实际旨在引导创新、促发商业成功及提供更好质量的生活，指一种将策略性解决问题的过程应用于产品、系统、服务及体验的设计活动。

　　它是一种跨学科的专业，将创新、技术、商业、研究及消费者紧密联系在一起，共同进行创造性活动，并将需要解决的问题、提出的解决方案进行可视化，重新解构问题，并将其作为建立更好的产品、系统、服务、体验或商业网络的机会，提供新的价值以及竞争优势。

　　由物质设计转向非物质设计（eg: 物质设计:机械设备、车辆等。非物质设计:服务设计、情感化设计、交互设计、界面设计等）。

　　工业设计从单纯的产品外观设计走向软硬相结合的模式，用户不仅仅为外观买单，还要追求物质与精神上的双重享受。

　　能源互联网是综合运用电力电子技术、信息技术和智能管理技术，将分布式能源和能源负荷节点互连起来，以实现能量双向流动的能量对等交换与共享网络。

　　19 世纪中叶，物理学中电磁现象的科学发现和技术发明，以及工业化升级对能源动力的强烈需求，催生了 19 世纪末 20 世纪初的电力工业。

　　二战结束后，为满足社会经济发展的需要，电网规模不断扩大，形成了大型互联电网；发电机组单机容量达到 30 万~100 万 kW；建立了 330 kV 及以上电压等级的超高压/特高压交流、直流输电系统。

　　主导第三代电网发展的两大特征：大规模可再生能源电力的集中和分散接入，电网运行控制和用电的全面智能化。

　　这两大特征对电源和电力网发展模式，对电网装备的创新，对电网运行控制、仿真计算分析、智能用电以及用户与电网双向互动等多个方面，对装备硬件和系统集成提出了前所未有的挑战，将极大促进未来大型骨干电源建设、国家级主干电网建设、电网运行控制和调度的数字化、信息化、智能化等方面实现创新发展。

　　从现在起到本世纪中期是构建全球能源互联网的关键时期，构建全球能源互联网，可分为国内互联、洲内互联、洲际互联三个阶段。

　　到2020年，重点加快各国清洁能源开发和国内电网互联建设；到2030年，重点推动洲内大型清洁能源基地开发和电网跨国互联；到2050年，重点开发“一极一道”（北极、赤道）能源基地和推动电网跨洲互联，基本建成全球能源互联网。欧盟、美国和中国相继分别提出到2050年实现可再生能源在能源供给中占100%、80%和60%-70%的目标。

　　为促进我国能源互联网健康有序发展，近中期将分为2个阶段渐次推进，先期开展试点示范，后续进行推广应用。2016-2018年，强力推进能源互联网试点示范工作。2019-2025年，发力推进能源互联网多元化、规模化发展。

　　全球能源互联网发展进程很大程度上取决于清洁发电和用电技术、特高压和智能电网技术、先进储能技术、电网控制技术、大数据技术、综合能源服务等各项的研发水平及合力驱策作用。

　　国内已经具备了相对完整的技术和产业链体系，并已经开始在5G、新能源并网、新能源汽车、快充等行业的产业化应用，第三代半导体整体达到产业生命周期中的“产业形成”向“产业成长”转化的关键“窗口期”，工业设计是深度切入的机会。

　　越来越多的下游用户愿意选用国产供应商并与之共同开发新产品，国产材料、器件得到宝贵的使用机会，需求驱动的效应日益显著。

　　除了半导体材料和器件之外，各种新的功能材料、结构材料不断涌现，为工业设计提供了充足的创新空间和机会。