Retificador PFC três níveis monofásico baseado em semicondutores de GaN

Abstract

Esta dissertação de mestrado apresenta o estudo de uma topologia retificadora três níveis monofásica com correção de fator de potência utilizando interruptores de Nitreto de Gálio (GaN) bem como modulação e controle baseados em FPGA. Os semicondutores GaN possuem como características principais baixas perdas de condução e apresentam baixos tempos de comutação, possibilitando aplicações em conversores estáticos que operam em altas frequências de comutação. Estes atributos são interessantes para projetos de conversores visando obter maior densidade de potência. No decorrer deste trabalho são ilustradas características atrativas do dispositivo com relação aos usuais MOSFET e IGBT. De forma a validar os conceitos, um retificador é projetado considerando-se a rede elétrica local de 220 V (rms) e 60 Hz, processando até 3 kW com frequência de comutação de 500 kHz. Por fim, apresenta-se uma estratégia de modulação de alta resolução tendo em vista que a alta frequência de comutação reduz as resoluções em moduladores digitais convencionais. A modulação, controle e processamento de sinais é feita no FPGA Cyclone V.

Abstract : This master thesis presents the study of a single-phase threelevel rectifier topology with active power factor correction using gallium nitride (GaN) switches and FPGA based modulation and control. The GaN semiconductors have as main characteristics low conduction losses and low switching times, enabling static converters applications with high switching frequency. These attributes are interesting in converters projects that aim a high power density. During this work attractive characteristics are ilustrated in relation to the usual MOSFET, IGBT and SiC. In way to validate the concepts, a rectifier is designed considering the local electric grid with 220 V (rms) and 60 Hz, processing up to 3 kW with 500 kHz switching frequency. At last, it is shown a high resolution modulation strategy as the high switching frequency lowers the resolution in usual digital modulators. The modulation, control and signal processing is made in the Cyclone V FPGA.