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http://hdl.handle.net/1843/62141| Type: | Dissertação |
| Title: | Módulos de potência híbridos IGBT de silício e MOSFET de carbeto de silício em paralelo |
| Authors: | Marco Vinicio Teixeira Andrade |
| First Advisor: | Lenin Martins Ferreira Morais |
| First Co-advisor: | Bernardo Cogo França |
| First Referee: | Gabriel Azevedo Fogli |
| Second Referee: | Thiago Ribeiro de Oliveira |
| Third Referee: | Porfirio Cabaleiro Cortizo |
| Abstract: | A eletrônica de potência é chave para os processos de descarbonização. Os conversores permitem integrar fontes renováveis, eletrificação de carros, e serão essenciais no processo de eletrificação de aviões e outros meios de transportes. O componente central desses conversores são os transistores. Tradicionalmente fabricados em silício (Si), duas tecnologias se destacavam: o MOSFET para aplicações de baixa tensão; e os IGBT para aplicações de média tensão. Nos últimos anos o desenvolvimento de transistores com materiais wide band gap (WBG), principalmente o carbeto de silício (SiC) e o nitreto de gálio (GaN), que possuem melhor desempenho que os componentes de silício mudou esse cenário. O SiC tornou viável a tecnologia MOSFET no mesmo nível de tensão do IGBT. Entretanto, apesar do melhor desempenho, a utilização dos dispositivos WBG ainda encontra desafios quanto ao custo elevado e a disponibilidade de componentes. Buscando aproveitar as vantagens do MOSFET SiC a um custo menor, esse trabalho apresenta o estudo sobre a implementação de um módulo híbrido de 1200V. Ele é composto por um IGBT de Si e um MOSFET de SiC em paralelo. Dessa forma um SiC de menor capacidade de corrente, e consequente mais barato, é usado em paralelo com o IGBT podendo atender uma potência maior por um custo menor, aproveitando a vantagem das duas tecnologias. O trabalho foca em qual diodo usar para completar o módulo híbrido, o diodo de corpo do MOSFET SiC ou um diodo discreto, sendo consideradas 3 tecnologias diferentes: diodo Schottky de SiC; diodo ultrarrápido de Si; e diodo de arseneto de gálio (GaAs), caracterizando o módulo com essas 3 tecnologias. Em um segundo momento o trabalho foca na dinâmica do IGBT chaveando a zero de tensão quando uma sequência de comutação é usada para operar a módulo híbrido, mostrando os efeitos na corrente e nas perdas do módulo híbrido. Por fim, os resultados são usados para calcular as perdas do módulo híbrido proposta em um inversor de 540 V/30 kW para avaliação do desempenho em uma aplicação real. |
| Abstract: | Power electronics is key to the decarbonization process. Converters allow the integration of renewable sources, electrification of cars, and will be essential in the process of electrification of airplanes and other means of transportation. The central component of these converters are transistors. Traditionally manufactured in silicon (Si), two technologies stood out: the MOSFET for low voltage applications and the IGBT for medium voltage applications. In recent years, the development of transistors with wide band gap (WBG) materials, mainly silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN), which have better performance than silicon components, has changed this scenario. SiC has made MOSFET technology viable at the same voltage levels as the IGBT. However, despite the improved performance, the use of WBG devices still faces challenges in terms of high cost and availability of components. In order to take advantage of the MOSFET SiC at a lower cost. This paper presents a study about the implementation of a 1200V hybrid switch. It is composed of a Si IGBT and a SiC MOSFET in parallel. In this way, a smaller and consequently cheaper SiC is used in parallel with the IGBT, which can be used to create a higher power converter at a lower cost. The technology also allows the advantages of the IGBT to be exploited. The work focuses on which diode to use to complete the hybrid switch, the SiC MOSFET body diode or a discrete diode considering. Three different diode technologies are tested: SiC Schottky diode; ultrafast Si diode; and Gallium Arsenide(GaAs) diode, characterizing the switch with all technologies. In a second step, the work focuses on the dynamics of the IGBT switching at zero voltage when a switching sequence is used to operate the hybrid switch, showing the effects on the current and losses of the hybrid switch. Finally the results are used to calculate the losses of the proposed hybrid switch in a 540 V/30 kW inverter for performance to evaluate performance in a real application. |
| Subject: | Engenharia elétrica Eletrônica de potencia Semicondutores de gap largo Transistores Conversores de corrente elétrica |
| language: | por |
| metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELETRÔNICA |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/62141 |
| Issue Date: | 28-Jul-2023 |
| Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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