NREL的超低电感智能电力模块（ULIS）可以帮助从世界电力供应中“挤出”更多可用电力，使其成为满足数据中心和交通工具日益增长的能源需求的有希望的解决方案。美国国家可再生能源实验室（NREL）的研究人员创造了一种基于碳化硅的功率模块——一个用于容纳控制系统间电流的电子设备——它具有前所未有的效率、功率密度和低成本制造能力。这项突破性成果被称为超低电感智能功率模块（ULIS）。ULIS采用碳化硅半导体，能够在更小的封装内实现比先前设计高出5倍的能量密度，从而使制造商能够构建和驱动更高效、更紧凑、更轻便的技术。这款1200伏、400安培的电力模块适用于数据中心、电网、微反应器，甚至下一代飞机和军用车辆等。最重要的是，ULIS的寄生电感（即对电流变化的阻力，而这正是任何电力转换的主要障碍）比目前任何最先进的碳化硅电源模块低7~9倍。它能够超快速、超高效地将电流转换为可用形式，使ULIS能够从电力供应中“榨取”更多可用电能。这使其成为解决全球能源需求问题的一个极具吸引力的解决方案。“我们认为ULIS是一项真正的突破，”NREL首席电力电子研究员兼该项目首席研究员FaisalKhan说道，“这是一款面向未来的超快速电力模块，将使下一代电源转换器更加经济实惠、高效紧凑。”此外，Khan解释说，ULIS尤其适用于航空和军事等高强度应用，因为这个功能强大、重量轻的模块还能监测自身的健康状况，并能在组件故障发生前进行预测。对于在海拔30000英尺（9144米）以上飞行的飞机或穿越战区的军用车辆来说，这种可靠性至关重要。ULIS的诸多功能均源于其全新设计，与将半导体器件组装在砖状封装内的传统电力模块不同，ULIS的电路采用扁平的八边形设计。这种圆盘状设计能够在更小的面积内容纳更多器件，从而使整体封装更小巧、更轻便。同时，新颖的电流路径设计可最大程度地消除磁通量，从而有助于电力模块实现纯净、低损耗的电输出，即超高效率。“我们最大的担忧是该器件的开关速度非常快，我们需要一种不会在设计中造成瓶颈的布局。”美国国家可再生能源实验室电力电子研究员、ULIS磁通消除架构的设计者赵硕峰说道。赵硕峰表示，最初的一个布局看起来像一朵花，每片花瓣的顶端都有一个半导体。另一个想法是创建一个空心圆柱体，并将元件连接到内部。团队提出的每个想法要么过于昂贵，要么难以制造——直到他们放弃三维思维，将设计扁平化为近乎二维。ULIS团队的另一位电力电子研究员SarwarIslam提出了二维结构，这使得构建兼顾复杂性、成本和性能的模块成为可能。团队在3D设计的高电气性能与易于制造的扁平布局之间找到了微妙的平衡，从而释放了ULIS的全部潜力。其次，传统电源模块依赖于笨重且不灵活的材料，而ULIS则采用了一种全新的方法。传统设计要求电力模块通过将铜片直接粘合到陶瓷基座上来导电和散热——这是一种有效但僵硬的解决方案。ULIS将铜与一种名为Temprion的柔性聚合物粘合，从而打造出更薄、更轻、更易于配置的设计。由于这种材料只需施加压力和加热即可轻松与铜粘合，并且其零件可以使用广泛普及的设备进行加工，因此ULIS可以快速且低成本地制造。制造成本总计数百美元。另一项突破是ULIS能够无线运行，作为一个独立的单元，无须外部线缆即可进行控制和监控。这种类似乐高的模块化特性意味着它可以嵌入到数据中心服务器、先进飞机和军用车辆等各种设备中。虽然驱动ULIS的碳化硅半导体代表了目前最先进的技术，但ULIS研究团队有意使其设计“面向未来”。ULIS可以扩展，以适应使用碳化硅、氮化镓甚至氧化镓的半导体器件的进步，这是一种尚未商业化且前景广阔的电力器件。（航柯）
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