Com o rápido aumento da demanda global por eletricidade devido à expansão de data centers de IA e da indústria, a utilização mais eficiente e a um custo menor das fontes de energia existentes tornou-se crucial. Recentemente, pesquisadores do Laboratório Nacional de Energia Renovável dos EUA (NREL) propuseram uma solução inovadora.
O laboratório desenvolveu um novo módulo de potência baseado em carbeto de silício, chamado "Módulo de Potência Inteligente de Ultrabaixa Indutância" (ULIS). Este módulo atinge uma densidade de energia cinco vezes maior que a de projetos anteriores, mantendo um tamanho reduzido graças ao uso de semicondutores de carbeto de silício. Sua especificação de 1200 volts e 400 amperes é adequada para plataformas de alta potência, como data centers, redes elétricas, microrreatores e aeronaves e veículos militares de última geração.
A principal vantagem do módulo reside em sua indutância parasita extremamente baixa, reduzida de sete a nove vezes em comparação com os módulos de potência de carbeto de silício mais avançados disponíveis atualmente. Isso permite uma comutação de corrente mais rápida e eficiente, convertendo mais energia elétrica disponível em energia efetiva. Faisal Khan, pesquisador principal do projeto e chefe de pesquisa em eletrônica de potência do NREL, afirmou: "Acreditamos que o ULIS seja um verdadeiro avanço. É um módulo de potência ultrarrápido à prova de futuro que tornará os conversores de potência da próxima geração mais econômicos, eficientes e compactos."
Além da alta eficiência, o ULIS também prioriza a confiabilidade em ambientes hostis. Este módulo pode monitorar seu próprio status e fornecer alertas antecipados de mau funcionamento, o que é particularmente importante para aplicações de alto risco, como aviação e setor militar. Faisal Khan disse: "O ULIS foi desenvolvido inteiramente internamente pelo NREL e estamos ansiosos para demonstrar suas vantagens em ambientes reais."
Para alcançar uma fabricação de baixo custo, a equipe reestruturou completamente o módulo fisicamente. Os módulos de potência tradicionais empilham dispositivos semicondutores em um encapsulamento em forma de caixa, enquanto o ULIS utiliza um layout plano e octogonal, achatando a estrutura como uma "panqueca". Esse design reduz o tamanho e o peso, minimizando a interferência magnética por meio de um design inovador de caminho de corrente. O pesquisador de eletrônica de potência Zhao Shuofeng explicou a motivação do projeto: "Nossa maior preocupação era a velocidade de comutação extremamente rápida do dispositivo, o que exigia um layout que não criasse bloqueios internos." O membro da equipe Sarwar Islam propôs uma solução de achatamento que equilibrasse desempenho, custo e facilidade de fabricação, enquanto outro membro, Joshua Major, desenvolveu o processo de fabricação interno correspondente.
Em termos de materiais, o ULIS utiliza um polímero flexível chamado Temprion em vez do substrato cerâmico rígido tradicional combinado com cobre, tornando a estrutura mais fina, leve e adaptável, e reduzindo os custos de fabricação de milhares de dólares para centenas de dólares. Além disso, o módulo suporta controle e monitoramento sem fio, e seu protocolo de comunicação sem fio de baixa latência é patenteado.
Embora atualmente baseado em carboneto de silício, o projeto reserva espaço para compatibilidade com futuros materiais semicondutores, como nitreto de gálio e óxido de gálio. Os pesquisadores apontam que, em redes elétricas, espera-se que a comutação eficiente e rápida do ULIS melhore a eficiência energética e reduza os custos de manutenção. Na área aeroespacial, pode ajudar a promover a aplicação prática de aeronaves elétricas de decolagem e pouso vertical (EVL); também pode ser adequada para os componentes compactos de potência pulsada necessários para futuros sistemas de energia de fusão.
Com a busca por energia confiável, inteligência artificial avançada e veículos de última geração em diversos setores, essa nova tecnologia de módulo de potência de carboneto de silício, projetada para melhorar a eficiência energética, está agora disponível para licenciamento.
