Diseño y desarrollo de double-pulse test para módulos de IGBT

Zunzunegui Fernández, Blanca (2021). Diseño y desarrollo de double-pulse test para módulos de IGBT. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Description

Title: Diseño y desarrollo de double-pulse test para módulos de IGBT
Author/s:
  • Zunzunegui Fernández, Blanca
Contributor/s:
  • Vasic, Miroslav
  • Serrano López, Diego
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Date: June 2021
Subjects:
Freetext Keywords: módulo IGBT, electrónica, potencia, double-pulse test, dispositivos semiconductores, pérdidas, conmutación
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

En el presente Trabajo de Fin de Grado (TFG) se va a estresar un módulo de IGBTs mediante un double-pulse test, o test de doble pulso en español, para caracterizar su comportamiento y sus pérdidas durante los transitorios de encendido y apagado. Este TFG sigue los objetivos del proyecto europeo lanzado por la empresa alemana Infineon llamado Power2Power. El proyecto Power2Power se centra en caracterizar y profundizar en las distintas aplicaciones de los IGBTs, con el objetivo de mejorar su rendimiento y su durabilidad. En dicho proyecto está involucrada, entre otras organizaciones, la Universidad Politécnica de Madrid (UPM). El double-pulse test consiste en la generación de dos pulsos de tensión los cuales se aplican en la puerta del IGBT inferior del módulo. El objetivo es conseguir el encendido y apagado del módulo en un intervalo de tiempo del orden de 100 µs, situando su corriente y su tensión en condiciones nominales de operación. La plataforma para llevar a cabo el double-pulse test está compuesta por el propio módulo IGBT, una bobina situada en paralelo con el diodo del IGBT superior y condensadores de entrada para mantener la tensión. Para diseñar y verificar la plataforma para realizar el double-pulse test se han llevado a cabo una serie de pasos. En primer lugar, se ha diseñado la PCB (Printed Circuit Board), o placa de circuito impreso en español, donde se establece la conexión del módulo de IGBTs con la bobina, las fuentes de tensión y los condensadores de entrada. A continuación, se ha procedido al diseño, construcción y verificación de la bobina como se discute en el capítulo III. La construcción de la bobina se lleva a cabo a partir de tres núcleos de ferrita con geometría EER y material PC40 en paralelo, con 31 vueltas de cable y un air gap de 5,7 mm. Para la generación de pulsos de entrada ha sido necesaria la creación de un programa en lenguaje VHDL, para posteriormente implementarlo en una FPGA. El objetivo es generar una secuencia de dos pulsos de diferente duración. Se han programado dos modos de generación de pulsos: uno manual y otro automático como se explica en la sección Código VHDL (Vivado). Además, la duración de cada pulso y la frecuencia del modo automático pueden ser regulados utilizando los botones de la FPGA. Para comprobar el correcto funcionamiento del double-pulse test y la plataforma diseñada se ha realizado en primer lugar una simulación con LTSpice. En la sección de Verificación experimental se muestran las medidas de las pérdidas de conmutación del módulo, las cuales no se pueden determinar a partir de la hoja de datos, se han tomado medidas del double-pulse test para diferentes niveles de tensión: 30, 50, 70, 90, 110, 130, 150, 170 y 190 v. La medida de la corriente se ha realizado con un sensor de corriente llamado Rogowski cuya señal de salida es proporcional a la derivada de la corriente por lo que ha de ser integrada, este sensor se ha diseñado en el laboratorio. Con las medidas tomadas para cada nivel de tensión se ha obtenido una relación entre las energías de encendido y apagado y la tensión de entrada y la intensidad de pico que se muestran en la sección de Verificación experimental. De esta forma se ha validado la plataforma para realizar el double-pulse test y se puede concluir que mide las pérdidas por conmutación correctamente y proporciona unos resultados coherentes. Los resultados obtenidos son coherentes ya que al aumentar la tensión y la intensidad aumentan las pérdidas en conmutación. Este trabajo proporciona a su vez una plataforma de pruebas para que en un futuro se puedan tomar medidas con diferentes valores de inductancia de la bobina y variando los tiempos de pulso y así conseguir un modelo de pérdidas del módulo IGBT. En conclusión, se ha comprobado la validez de la PCB diseñada, de la bobina diseñada para que sature a 60 A y del programa en VHDL para la generación de pulsos. Así mismo se ha comprobado el correcto funcionamiento del circuito en conjunto para evaluar los transitorios de encendido y apagado del módulo IGBT.

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Item ID: 67636
DC Identifier: https://oa.upm.es/67636/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:67636
Deposited by: Biblioteca ETSI Industriales
Deposited on: 25 Aug 2021 18:24
Last Modified: 06 Sep 2021 22:30
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