Aprèn - DOBLE MÀSTER UNIVERSITARI EN ENGINYERIA INDUSTRIAL (ESPECIALITAT ELÈCTRICA) I ENGINYERIA D'AUTOMOCIÓ (ESPECIALITAT ELECTROMOBILITAT)

DOBLE MÀSTER UNIVERSITARI EN ENGINYERIA INDUSTRIAL (ESPECIALITAT ELÈCTRICA) I ENGINYERIA D'AUTOMOCIÓ (ESPECIALITAT ELECTROMOBILITAT)

Nom

DOBLE MÀSTER UNIVERSITARI EN ENGINYERIA INDUSTRIAL (ESPECIALITAT ELÈCTRICA) I ENGINYERIA D'AUTOMOCIÓ (ESPECIALITAT ELECTROMOBILITAT)

Sigles

240DMEIEAU

Activa

Centre

Escola Tècnica Superior d'Enginyeria Industrial de Barcelona (ETSEIB)

Pla d'estudis

2019

Nivell d'estudis

Màster

RSS

Contingut docent

Analysis and optimization of the hardware design of a sic mosfet based power converter with sic schottky diodes utilizing a split output topology

Projecte Final de Màster Oficial

Aceldegui Bernal, Mikel

Tutor/a - Director/a: Pérez González, Juan Jesús; Castelli Dezza, Francesco; Toscani, Nicola; Sposito, Matteo

Data de publicació: 2022

Escola Tècnica Superior d'Enginyeria Industrial de Barcelona (ETSEIB)

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In recent years, the use of power electronic devices for energy conversion with semiconductors such as silicon carbide (SiC) or gallium nitride (GaN) are replacing silicon due to their high thermal conductivity, efficiency, resistance, and the possibility of smaller and thinner designs. For this reason, in order to evaluate the improvement potential of these systems, it is beneficial to realize experimental setups that emulate real operating conditions in order to verify the correct performance of these systems. In this context and based on the previous work done by Giorgio Ferrara, this thesis focuses on the analysis and identification of improvements of a SiC MOSFET-based power electronic converter with the aim of suggesting and studying different solutions that ensure a high-performance operation that allows its correct implementation in motor traction and grid-connected applications. During the thesis work, it is carried out an in-depth analysis of the voltage peaks between drain and source originated by the fast switching of the MOSFET to evaluate the use of Snubber capacitors and it is made a new hardware design of the gate driver board using isolated gate drivers to improve the dynamic behaviour in the switching transients of the SiC transistors and provide safety and robustness to the system. Finally, maintaining the original design of the converter, it implements the split output topology to evaluate possible solutions to the problems of electromagnetic interference (EMI) and the crosstalk effect that occurs with high frequency switching

Negli ultimi anni, l'uso di dispositivi elettronici di potenza per la conversione dell'energia con semiconduttori come il carburo di silicio (SiC) o il nitruro di gallio (GaN) sta sostituendo il silicio grazie alla sua elevata conducibilità termica, all'efficienza, alla resistenza e alla possibilità di realizzare disegni più piccoli e sottili. Per questo motivo, al fine di valutare il potenziale di miglioramento di questi sistemi, è utile realizzare set-up sperimentali che emulino le condizioni operative reali, in modo da poter eseguire diversi test per verificare il corretto comportamento di questi sistemi. In tale contesto e a partire dal precedente lavoro effettuato per Giorgio Ferrara, la presente tesi si concentra nell' analisi e nidentificazione di miglioramenti di un convertitore di potenza DC-AC a commutazione, al fine di proporre e studiare diverse soluzioni che garantiscano le elevate prestazioni che assicurano la sua corretta implementazione in applicazioni di trazione a motore e di connessione alla rete. Durante il lavoro di tesi, si analizza in dettaglio il fenomeno di picchi di tensione tra drain e source causato per la commutazione veloce del MOSFET e si valuta l'utilizzo di condensatori snubber; in più si realizza un nuovo disegno hardware della board di gate driver utilizzando gate driver isolati per migliorare il comportamento dinamico nei transitori di commutazione dei transistor SiC e per fornire sicurezza e robustezza al sistema. Per finire, mantenendo il disegno originale del convertitore, implementa la topologia di uscita Split Output per valutare possibili soluzioni ai problemi di interferenza elettromagnetica (EMI) e all'effetto diafonia che si produce con la commutazione ad alta frequenza