La prossima generazione di convertitori di potenza intelligenti per aeroplani elettrici
Il carburo di silicio (SiC) è un materiale di nuova generazione da cui si attende una riduzione significativa della perdita di potenza nei dispositivi a semiconduttore di potenza, come i transistor a effetto di campo a giunzione e a semiconduttore metallo-ossido. I moduli di potenza che utilizzano i semiconduttori di potenza SiC consentono di raggiungere densità di potenza, tensioni, temperature e frequenze maggiori, riducendo al tempo stesso la dissipazione di calore. Eliminando la necessità di raffreddamento delle apparecchiature, il SiC prospetta enormi possibilità di componenti elettrici più leggeri rispetto alla tradizionale tecnologia dei semiconduttori al silicio. Il progetto HYPOTHESIS (Feasibility study of intelligent high integrated power electronic module (HIPEM) for aeronautic application), finanziato dall’UE, ha svolto uno studio di fattibilità su moduli elettrici integrati intelligenti e dotati di alta potenza, garantendo che soddisfino i requisiti MEA. Tali moduli sono un blocco centrale su cui si fonderà la progettazione dei componenti del convertitore elettronico di prossima generazione. I partner del progetto hanno specificato, progettato, fabbricato e testato un modulo di potenza intelligente (intelligent power module, IPM), inclusi sia i dispositivi di potenza che il gate driver isolato. Esso soddisfa i requisiti MEA nello sviluppo di convertitori di potenza più piccoli e più leggeri. Il prototipo IPM si basa sull’utilizzo di materiali avanzati per il funzionamento ad alte temperature e con la massima affidabilità. I risultati del progetto supporteranno l’adozione di nuovi dispositivi SiC in applicazioni aerospaziali, in particolare per la generazione di elettricità e per gli attuatori elettromeccanici. Nuovi transistor SiC renderanno possibili dei convertitori di potenza più piccoli e leggeri per il MEA, aiutando allo stesso tempo a ridurre il consumo di combustibile e i costi di manutenzione. I risultati aiuteranno anche ad aumentare l’affidabilità dei moduli di potenza che operano in duri cicli di accensione e spegnimento e in ambienti a temperature elevate grazie all’utilizzo e alla convalida di nuovi materiali per piastre di base, substrati, collegamento del die, gel e plastiche. L’introduzione di velivoli MEA e, infine, di aeromobili completamente elettrici impone requisiti molto severi in termini di riduzione di peso e volume. Gli IPM hanno enormi potenzialità per ridurre l’impronta di carbonio dell’industria aeronautica.
Parole chiave
Convertitori potenza, aeroplano elettrico, carburo silicio, HYPOTHESIS, modulo potenza intelligente
