Arriva ULIS (Ultra-Low Inductance Smart power module), un modulo di potenza basato su semiconduttori in carburo di silicio.
La domanda globale di elettricità è in forte crescita. Data center sempre più energivori – spinti dall’espansione dell’intelligenza artificiale – e un settore manifatturiero in continua evoluzione stanno mettendo sotto pressione le reti elettriche di tutto il mondo.
La soluzione non passa solo dalla produzione di più energia: l’efficienza sta diventando il vero collo di bottiglia tecnologico.
Ed è proprio su questo fronte che arriva una novità interessante dal National Renewable Energy Laboratory (NREL), uno dei principali centri di ricerca statunitensi nel campo dell’energia.
Un modulo di potenza progettato per il futuro
E come accennnato i ricercatori NREL hanno sviluppato ULIS (Ultra-Low Inductance Smart power module), un nuovo modulo di potenza basato su semiconduttori in carburo di silicio (SiC), progettato per migliorare drasticamente il modo in cui l’elettricità viene convertita, gestita e distribuita.
Per “modulo di potenza” si intende l’involucro che contiene l’elettronica di potenza, ovvero quei componenti fondamentali che regolano il flusso di energia tra sistemi diversi. ULIS promette efficienza record, densità di potenza molto più elevata e costi di produzione ridotti, una combinazione rara in questo settore.
Il modulo da 1200 volt e 400 ampere raggiunge una densità energetica fino a cinque volte superiore rispetto ai design precedenti, occupando al tempo stesso meno spazio. Questo apre la strada a dispositivi più compatti, leggeri ed efficienti, ideali per data center, reti elettriche, microreattori, piattaforme industriali pesanti e persino applicazioni militari e aeronautiche.
Perché l’induttanza ultra-bassa è così importante
Il vero punto di forza di ULIS è la sua induttanza parassita estremamente ridotta. In termini semplici, l’induttanza rappresenta una resistenza ai rapidi cambiamenti di corrente, che limita l’efficienza dei sistemi di conversione.
ULIS riesce a ridurre questa induttanza di 7–9 volte rispetto ai migliori moduli in carburo di silicio oggi sul mercato. Il risultato è una commutazione elettrica molto più rapida ed efficiente, che consente di trasformare una quota maggiore dell’energia disponibile in potenza realmente utilizzabile.
Secondo Faisal Khan, responsabile della ricerca in elettronica di potenza al NREL, ULIS rappresenta: “Una vera svolta: un modulo ultrarapido e “future-proof”, capace di rendere la prossima generazione di convertitori più economica, compatta ed efficiente“.
Affidabilità pensata per ambienti estremi
ULIS non è stato progettato solo per massimizzare l’efficienza, ma anche per resistere a condizioni operative estreme. Il modulo è in grado di monitorare il proprio stato di salute e individuare potenziali guasti prima che si verifichino.
Questa capacità è cruciale in ambiti come l’aviazione e il settore militare, dove un guasto non rilevato può tradursi in perdite catastrofiche. In scenari come voli a 30.000 piedi o operazioni in zone di combattimento, la diagnosi preventiva può fare la differenza tra il successo e il fallimento di una missione.
Un design radicalmente diverso (e più economico)
Gran parte dei miglioramenti di ULIS nasce da una ripensamento totale del design fisico.
I moduli tradizionali impilano i semiconduttori in strutture “a scatola”. ULIS adotta invece una configurazione piatta e ottagonale, simile a un disco, che consente di inserire più componenti in uno spazio ridotto, diminuendo peso e ingombri.
Questo layout ottimizza anche il percorso della corrente, riducendo le interferenze magnetiche e migliorando la qualità dell’uscita elettrica. Dopo aver scartato soluzioni tridimensionali troppo complesse o costose, il team ha optato per una struttura quasi bidimensionale: “L’abbiamo schiacciata come una frittella“, raccontano i ricercatori, “e improvvisamente avevamo un design ad alte prestazioni, ma molto più semplice da produrre“.
Materiali flessibili e controllo wireless
ULIS introduce anche una novità nei materiali: al posto delle classiche basi ceramiche rigide, utilizza un polimero flessibile chiamato Temprion, al quale il rame viene legato tramite calore e pressione.
Il risultato è una struttura più sottile, leggera e adattabile, realizzabile con macchinari comuni. Questo permette di abbattere i costi di produzione, che passano da migliaia a poche centinaia di dollari per unità.
Non solo: ULIS può essere controllato e monitorato in modalità wireless, senza cavi fisici. Il modulo funziona come un’unità autonoma, facilmente integrabile in diversi sistemi con un approccio modulare “tipo Lego”. Un brevetto per il protocollo di comunicazione wireless a bassa latenza è attualmente in fase di registrazione.
Pronto anche per le tecnologie di domani
Sebbene ULIS utilizzi oggi semiconduttori in carburo di silicio, il progetto è stato concepito per essere compatibile con i materiali del futuro, come il nitruro di gallio e l’ossido di gallio, quest’ultimo ancora in fase pre-commerciale.
Questo rende ULIS una piattaforma evolutiva, pensata per accompagnare lo sviluppo delle reti elettriche, dell’industria e delle tecnologie emergenti nei prossimi decenni.
Dove ULIS può fare la differenza
Le applicazioni potenziali sono numerose:
- Reti elettriche: conversione più efficiente, minori perdite e riduzione dei costi di manutenzione grazie alla resistenza alle alte temperature.
- Aviazione elettrica: convertitori più leggeri e potenti, fondamentali per rendere praticabili gli aerei eVTOL.
- Energia da fusione: sistemi di potenza impulsiva compatti e affidabili, indispensabili per i futuri reattori sperimentali.
Con la crescente dipendenza globale da elettricità affidabile, intelligenza artificiale e veicoli di nuova generazione, ULIS è ora disponibile per la concessione in licenza, candidandosi come una delle tecnologie chiave per il futuro dell’elettronica di potenza.
