Metodologia para Estimativa de Perdas em um Conversor Buck Síncrono com Semicondutores de Nitreto de Gálio

Authors

  • Igor B. Barboza GEDRE – Inteligência em Iluminação, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil
  • Giulia K. Grassi GEDRE – Inteligência em Iluminação, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil
  • Renan R. Duarte Eletro Zagonel Ltda, Pinhalzinho – SC, Brasil
  • Maikel F. Menke GEDRE – Inteligência em Iluminação, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil
  • Marco A. Dalla Costa GEDRE – Inteligência em Iluminação, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2023.2.0005

Keywords:

Discreta, Estimativa de perdas, Luminária LED, Monolítica, Transistores GaN

Abstract

Neste artigo, uma nova proposta de metodologia para estimativa de perdas em conversores que empregam transistores GaN do tipo Intensificação (eGaN) é apresentada. A metodologia proposta apresenta como diferenciais, em relação aos demais trabalhos existentes na literatura, dois pontos principais. O primeiro deles é a consideração do efeito das temperaturas medidas nos transistores GaN e nos elementos magnéticos, relacionado às perdas nestes elementos. A outra contribuição é uma estimativa de perdas como uma alternativa para os desafios de medição de tensões e correntes nos transistores GaN, incluindo menores diferenças entre as perdas estimadas e experimentais do conversor, em diversos pontos de operação. Para a validação da metodologia proposta, dois estudos de caso que utilizam dispositivos GaN em um conversor Buck Síncrono foram implementados. O primeiro estudo de caso faz uso de uma solução monolítica com transistores eGaN e o segundo estudo de caso utiliza uma solução discreta de transistores GaN. Por fim, por meio da aplicação do modelo de estimativa de perdas desenvolvido nos estudos de caso 1 e 2, obtiveram-se erros de 0,034% e 0,122%, respectivamente, entre os valores estimados e os valores medidos, em potência nominal.

 

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Author Biographies

Igor B. Barboza, GEDRE – Inteligência em Iluminação, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil

nascido em Santa Maria – RS, em 1997. Recebeu os títulos de Bacharel e Mestre em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) em 2020 e 2022, respectivamente. Desde meados de 2015, é membro do grupo de pesquisa GEDRE, Inteligência em Iluminação. Atualmente busca o título de Doutor em Engenharia Elétrica na mesma instituição. Suas áreas de interesse incluem sistemas eletrônicos para iluminação, circuitos de acionamento de LEDs, conversores com transistores GaN e sistemas de energia solar fotovoltaica. É membro da IEEE e atualmente ocupa o cargo de Presidente do Ramo Estudantil IEEE da UFSM.

Giulia K. Grassi, GEDRE – Inteligência em Iluminação, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil

nascida em Santa Maria - RS, em 2001. Em 2019 concluiu o curso Técnico em Eletrotécnica pelo Colégio Técnico Industrial de Santa Maria, da Universidade Federal de Santa Maria. Atualmente busca o título de Bacharela em Engenharia Elétrica na mesma instituição. Desde 2019 faz parte do grupo de pesquisa GEDRE, Inteligência em Iluminação. Suas áreas de interesse incluem sistemas eletrônicos para iluminação, drivers de LEDs e conversores com transistores GaN.

Renan R. Duarte, Eletro Zagonel Ltda, Pinhalzinho – SC, Brasil

nascido em Santo Augusto – RS, em 1992. Recebeu os títulos de Bacharel, Mestre e Doutor em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Maria em 2015, 2017 e 2022, respectivamente. Atualmente é aluno de pós-doutorado na mesma instituição. Suas áreas de interesse incluem: drivers de LEDs, conversores baseados em semicondutores GaN e sistemas autônomos de iluminação. Dr. Duarte é membro da SOBRAEP e do IEEE. Durante o período de 2016 a 2018, foi vice-presidente do Ramo Estudantil IEEE UFSM e do capítulo IAS na mesma instituição.

Maikel F. Menke, GEDRE – Inteligência em Iluminação, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil

nascido em Três de Maio – RS, em 1989. Recebeu os títulos de Bacharel, Mestre e Doutor em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Maria em 2015, 2016 e 2021, respectivamente. De 2019 a 2022 foi Professor no Instituto Federal de Santa Catarina, Câmpus Florianópolis. Desde 2022 é Professor na Universidade Federal de Santa Maria – UFSM, lotado no Colégio Técnico Industrial de Santa Maria – CTISM. Suas áreas de interesse incluem sistemas eletrônicos para iluminação, drivers de LEDs, circuitos ressonantes autooscilantes, conversores ressonantes, análise, projeto, controle e modelagem dinâmica de conversores ressonantes. Dr. Menke é membro da SOBRAEP e do IEEE.

Marco A. Dalla Costa, GEDRE – Inteligência em Iluminação, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria – RS, Brasil

nascido em Santa Maria – RS em 1978. Recebeu os títulos de Bacharel e Mestre em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Maria em 2002 e 2004, respectivamente, e o título de Doutor (com honras) em Engenharia Industrial pela Universidade de Oviedo, Gijón, Espanha em 2008. De 2008 a 2009 foi Professor Associado na Universidade de Caxias do Sul. Desde 2009 é Professor Associado na Universidade Federal de Santa Maria. É autor de mais de 60 artigos completos publicados em periódicos nacionais e internacionais, mais de 100 artigos científicos publicados em congressos internacionais e nacionais e 2 patentes espanholas. Atualmente, é Presidente do Departamento Técnico do Manufacturing Systems Development and Applications Department (MSDAD) e Presidente do Industrial Lighting and Displays Committee (ILDC) da IEEE IAS (Industry Applications Society). Além disso, é Editor Associado dos seguintes periódicos: IEEE Transactions on Industrial Electronics e IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, ambos Qualis A1. Suas áreas de interesse incluem: sistemas eletrônicos para iluminação, reatores eletrônicos para lâmpadas de descarga, drivers de LEDs e OLEDs, eficiência de circuitos eletrônicos, conexão de fontes de energia renovável à rede elétrica, transformadores de estado sólido e comunicação por luz visível.

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Published

2023-05-08

How to Cite

[1]
I. B. Barboza, G. K. Grassi, R. R. Duarte, M. F. Menke, and M. A. D. Costa, “Metodologia para Estimativa de Perdas em um Conversor Buck Síncrono com Semicondutores de Nitreto de Gálio”, Eletrônica de Potência, vol. 28, no. 2, pp. 119–130, May 2023.

Issue

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Original Papers