Módulos de potência híbridos IGBT de silício e MOSFET de carbeto de silício em paralelo

• Autor(a) principal: Marco Vinicio Teixeira Andrade
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/62141
• topic: Módulo híbrido; Wide Band Gap; SiC MOSFET; Si IGBT; Paralelização de transistores; Engenharia elétrica; Eletrônica de potencia; Semicondutores de gap largo; Transistores; Conversores de corrente elétrica

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.