Piezoelectric transformer based gate-driver circuit for semiconductor switches
| Autor: | Fabero, Fabrício Girardon |
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| Přispěvatelé: | Beltrame, Rafael Concatto, Bisogno, Fabio Ecke, Seidel, Álysson Raniere, Russi, Jumar Luís |
| Jazyk: | portugalština |
| Rok vydání: | 2020 |
| Předmět: | |
| Zdroj: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UFSM Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) instacron:UFSM |
| Popis: | This thesis presents a proposal for a gate-driver system, for MOSFET and IGBT power semiconductor devices, which uses a piezoelectric transformer in the power circuit and communication channel. Thus, a bibliographical review of the already known topologies of gate-drivers communication channel and energy transmission was conducted, focusing on isolated structures, where the potentiality of using piezoelectric transformers in this type of application was identified. Therefore, for simplicity, an E-Class converter was used to power the transformer, implementing both the isolated source and the communication channel of the gate-driver circuit. So, the study of the Class-E converter was conducted, involving the modeling of the converter together with a screening of the resonance frequency and the piezoelectric transformer's ratios. A detailed analysis of the piezoelectric transformer was also made to obtain its equivalent electrical model to identify the resonance frequencies and, consequently, its point of operation. Also, regarding the E-Class converter, modulation and demodulation techniques for the gate-driver circuit command signal are proposed. Finally, experimental results for a gate-driver circuit with 30 V supply voltage and command signal between -5 and +15 V are presented for the validation of the proposal. Esta dissertação apresenta uma proposta de sistema de gate-driver para dispositivos semicondutores de potência do tipo MOSFET e IGBT que faz uso de um transformador piezoelétrico no circuito de alimentação e no canal de comunicação. Para tanto, se fez uma revisão bibliográfica das topologias já conhecidas de canal de comunicação e transmissão de energia de gate-drivers, com foco em estruturas isoladas, onde se identificou a potencialidade do emprego de transformadores piezoelétricos neste tipo de aplicação. Assim, por sua simplicidade, empregou-se um conversor Classe-E na alimentação do transformador, implementando tanto a fonte isolada quanto o canal de comunicação do circuito de gate-driver. Deste modo, fez-se o estudo do conversor Classe-E, englobando a modelagem do conversor juntamente com um rastreio da frequência de ressonância e da razão-clica do transformador piezoelétrico. Também fez-se a análise detalhada do transformador piezoelétrico de forma a obter o seu modelo elétrico equivalente para identificar as frequências de ressonância e, por consequência, seu ponto de operação. Ainda com respeito ao conversor Classe-E, são propostas técnicas de modulação e demodulação do sinal de comando do circuito de gate-driver. Por fim, resultados experimentais para um circuito de gate-driver com tensão de alimentação de 30 V e sinal de comando entre –5 e +15 V são apresentados para a validação da proposta. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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