Reducción del estrés térmico de un MOSFET de potencia con control dinámico de voltaje de puerta e inyección de corriente de circulación en aplicaciones de accionamiento eléctrico
Autores: Wang, Lie; Vermulst, Bas; Duarte, Jorge; Huisman, Henk
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Reducción del estrés térmico de un MOSFET de potencia con control dinámico de voltaje de puerta e inyección de corriente de circulación en aplicaciones de accionamiento eléctrico
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Impulsión eléctrica
Control de voltaje de puerta
Estrés térmico
Pérdidas de conducción
Estimación de vida útil
Pruebas de ciclaje de potencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 38
Citaciones: Sin citaciones
Durante el funcionamiento de un accionamiento eléctrico bajo diferentes condiciones de carga, los dispositivos de conmutación de potencia experimentan estrés térmico que provoca fallos por desgaste y compromete la vida útil. En este documento, se propone una estrategia de control dinámico de voltaje de puerta basada en modelos para reducir el estrés térmico al dar forma al perfil de las pérdidas de conducción. Se investigan criterios de estabilidad térmica, que limitan el rango de funcionamiento del voltaje de puerta; de esta manera, se evita la focalización de corriente y el calentamiento local asociado. Posteriormente, se realizan simulaciones y estimaciones de vida útil para la evaluación del rendimiento en dos escenarios de operación diferentes, que muestran resultados prometedores en condiciones de operación a alta velocidad. Además, se aplica un método de inyección de corriente para condiciones de operación a baja velocidad para mejorar el esfuerzo de compensación. Este método se verifica experimentalmente utilizando un controlador de puerta de concepto de prueba personalizado que suministra un voltaje de puerta ajustable de tres niveles. Se prototipa un accionamiento eléctrico trifásico, en el que se realizan pruebas de ciclismo de potencia. Se mide la temperatura de la unión y los resultados confirman el método de control térmico.
Descripción
Durante el funcionamiento de un accionamiento eléctrico bajo diferentes condiciones de carga, los dispositivos de conmutación de potencia experimentan estrés térmico que provoca fallos por desgaste y compromete la vida útil. En este documento, se propone una estrategia de control dinámico de voltaje de puerta basada en modelos para reducir el estrés térmico al dar forma al perfil de las pérdidas de conducción. Se investigan criterios de estabilidad térmica, que limitan el rango de funcionamiento del voltaje de puerta; de esta manera, se evita la focalización de corriente y el calentamiento local asociado. Posteriormente, se realizan simulaciones y estimaciones de vida útil para la evaluación del rendimiento en dos escenarios de operación diferentes, que muestran resultados prometedores en condiciones de operación a alta velocidad. Además, se aplica un método de inyección de corriente para condiciones de operación a baja velocidad para mejorar el esfuerzo de compensación. Este método se verifica experimentalmente utilizando un controlador de puerta de concepto de prueba personalizado que suministra un voltaje de puerta ajustable de tres niveles. Se prototipa un accionamiento eléctrico trifásico, en el que se realizan pruebas de ciclismo de potencia. Se mide la temperatura de la unión y los resultados confirman el método de control térmico.