据估计，电动机和驱动器消耗的电力约占全球总发电量的 45%，相当于每年超过 12,000 太瓦时（TWh）的电力，约为全球最大的新疆 5GW 太阳能发电站总发电量的 1000 倍。该发电站于 2024 年 6 月并网，占地面积与纽约市相当。
采用系统经济的控制方式，可以节省大量电能，主要目标市场为将电能转化为机械能的家用电器领域，取代或节省人力。这些市场的用户，希望电器具有更高的效率，更强的能力和更快的速度。设计者面临的主要挑战为：设计出一个在相同或更小尺寸内输出更大功率、并且提高效率，具有竞争力和价格实惠的产品。
02氮化镓在电机驱动中的应用
被广泛应用的氮化镓（GaN），能迅速实现电机驱动领域的提升效率和功率密度。氮化镓在USB-C充电器和适配器领域的成功应用得到了很好的证明，基于氮化镓的产品得到快速的普及。
氮化镓应用在快充的案例
氮化镓晶体管是所有商用功率半导体中开关损耗最低的，与硅 MOSFET 和 IGBT 相比，可节省超过 50% 的损耗。在电机控制模块中，较低的损耗减少了散热，从而有助于简化热设计，允许减小散热器的尺寸或彻底省去散热器，并实现控制器外形的小型化。这可使装置更易于设计到机柜中，如洗衣机的电子隔间，也可能简化机器制造以加快生产。
此外，氮化镓场效应晶体管在高频下也能高效工作，而硅器件则不能。在电源设计中，为提高开关频率可直接选择更小的外部元件，从而减小尺寸并提高功率密度。当应用在电机领域时，需要考虑的问题更多。
一方面，高频本质上适合与正弦换向等控制算法配合使用，且直流母线电容可以更小。电容必须足以提供保持时间并处理 50Hz/60Hz 母线纹波。实际上，选择还取决于环境工作温度和电容器的参数稳定性、浪涌能力、所需寿命和成本。氮化镓出色的开关性能可实现快速的开启和关闭转换，从而允许以低延迟和死区时间进行精确的开关定时，确保对负载变化的快速动态响应。电磁干扰（EMI）也会降低，允许使用更小的滤波元件。
另一方面，高开关速度可能会引发问题。由于电机代表高感性负载，快速转换会导致振铃和反射，从而导致运行不良和可靠性问题。考虑到典型的家电电机结构，10-20V/ns 通常被视为实现最佳电气和机械性能的最大可行开关速度。
03性能比较
分别对使用硅和氮化镓技术的 600W 洗衣机驱动器进行比较，可以有助于理解基于氮化镓的变换器如何优化以在家用电器中节省能源。
