Analysis of bidirectional switch power modules for matrix converter application

Bibliografia. Existeix una creixent demanda en aplicacions industrials que requereixen una transferència bidireccional de potència entre la xarxa elèctrica i una càrrega i viceversa com per exemple: elevadors, escales mecàniques, energies renovables (molins de vent, fotovoltaica, cel·les de combustible, xarxes elèctriques intel·ligents), tracció elèctrica, etc. La possibilitat de dur a terme una conversió AC-AC directa sense un bus de contínua és una realitat gràcies a la topologia de convertidor matricial de potència (CM). La típica configuració d'un CM consisteix en nou interruptors bidireccionals (IBDs) que connecten directament tres fases d'entrada de la xarxa amb tres fases de sortida d'una càrrega (típicament un motor). Controlant els IBDs d'una manera adequada, es poden obtenir una amplitud i freqüència de sortida variables. Per tant, l'IBD controlable esdevé l'element clau en la implementació de CMs, el qual és capaç de conduir corrent i bloquejar tensió en ambdues polaritats (operació en quatre quadrants) i operar a elevades freqüències de commutació. L'objectiu d'aquesta tesi és l'anàlisi dels processos de commutació en els IBDs, predir la seva potència dissipada en un CM en operació normal i el desenvolupament d'un nou mòdul interruptor bidireccional controlable que integra l'etapa de potència amb la de control en un component que millora la modularitat i la viabilitat de les aplicacions del CM. Primer de tot és important entendre com es comporten els IBDs en un CM. Mitjançant la simulació SPICE d'un CM simplificat de dues fases d'entrada i una de sortida s'han pogut analitzar els fenòmens de commutació que es donen entre IBDs. Commutacions dures i febles són generades en els dispositius de potència depenent de la tensió i el signe del corrent en l'IBD. Entendre els detalls dels processos de commutació permet una definició òptima de les estratègies de commutació entre IBDs i modelar la potència dissipada deguda a la seva commutació. S'han analitzat també les característiques estàtiques i dinàmiques de varis dispositius de potència de diferent tecnologies emprats per implementar IBDs. Per aquest propòsit s'ha fabricat un circuit de test dinàmic basat en el circuit simulat de dues fases d'entrada i una de sortida abans esmentat. Aquest circuit de test ha permès avaluar IBDs discrets i mòduls de potència IBD integrats amb la mateixa placa de potència i de control. La potència en conducció i commutació s'han pogut modelar d'una manera acurada gràcie