1200 вольт, 400 ампер и 0 лишней индуктивности. Учёные создали силовой модуль будущего

Учёные из Национальной лаборатории возобновляемой энергии США представили новый силовой модуль, способный заметно изменить подход к построению энергетических систем . Разработка получила название ULIS — Ultra-Low Inductance Smart power module — и сочетает компактные размеры, необычную конструкцию и характеристики, которые ранее считались недостижимыми для устройств подобного класса.

Главное достижение команды — плотность энергии в пять раз выше по сравнению с предшественниками при значительно меньших габаритах. ULIS рассчитан на работу при напряжении до 1200 вольт и токе 400 ампер. Такой диапазон делает его подходящим как для крупных энергетических сетей, так и для транспорта, включая тяжёлые машины, военную технику и самолёты следующего поколения.

В силовой электронике одним из главных ограничений всегда оставалась паразитная индуктивность. Этот эффект сопротивляется изменениям тока и становится основным препятствием для эффективного преобразования электричества. В ULIS удалось снизить этот параметр в семь–девять раз по сравнению с самыми современными модулями на основе карбида кремния . За счёт этого устройство переключает электрические потоки с минимальными потерями и быстрее переводит энергию в формы, которые можно использовать в системах питания. По сути, модуль способен извлекать больше полезной мощности из того же источника, что особенно важно в условиях растущего мирового спроса на энергию.

Особое внимание разработчики уделили надёжности. ULIS умеет контролировать собственное состояние и предсказывать возможные отказы до того, как они произойдут. Для авиации на высоте около 30 тысяч футов или для военной техники в зоне боевых действий это становится вопросом безопасности: заранее обнаруженная неисправность может предотвратить критические ситуации.

Инженеры изменили привычный подход и в самой компоновке модуля. Если традиционно полупроводниковые элементы заключают в прямоугольный корпус, напоминающий кирпич, то здесь использована плоская восьмиугольная форма. Такое решение позволило разместить больше компонентов на меньшей площади и уменьшить вес устройства. Кроме того, была реализована оригинальная система разведения токов, которая обеспечивает максимальную компенсацию магнитного потока. Это снизило потери и дало на выходе более чистый электрический сигнал с минимальными искажениями.

Не менее значимой особенностью стала возможность беспроводного управления . Модуль способен работать как самостоятельный элемент без подключения кабелей для мониторинга и контроля. Его можно интегрировать в широкий спектр установок — от серверов в центрах обработки данных до современных воздушных судов и военных машин. Протокол низколатентной беспроводной связи, позволяющий это реализовать, разработал инженер Сарвар Ислам. Сейчас он находится в процессе патентования.

За архитектуру компенсации магнитного потока отвечал Шуофэн Чжао. По его словам, главная задача заключалась в том, чтобы при очень быстром переключении токов не возникало узких мест в схеме. Это потребовало поиска оптимальной разводки, при которой высокая скорость работы сочетается с низкими потерями.

Проект создавался полностью внутри лаборатории, без привлечения сторонних подрядчиков. Команда подчёркивает, что ULIS задумывался не просто как ещё один образец силовой электроники, а как основа для новых поколений систем питания. В совокупности компактность, высокая эффективность, беспроводное управление и встроенная диагностика превращают его в универсальный инструмент для самых разных областей, где важны надёжность и экономичность.