Σχεδίαση και υλοποίηση θερμιδομετρικής διάταξης για τη μέτρηση απωλειών μετατροπέων ηλεκτρονικών ισχύος

Abstract

Η συνεχής πρόοδος των ηλεκτρονικών ισχύος, που καθοδηγείται από παγκόσμιες οικονομικές, κοινωνικές και περιβαλλοντικές επιταγές, έχει εισαγάγει νέες τοπολογίες μετατροπέων και τεχνολογίες ημιαγωγών με στόχο την αύξηση της πυκνότητας ισχύος και τη μείωση του κόστους. Ειδικότερα, η δημοφιλία νέων τεχνολογιών ημιαγωγών όπως το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) και το αζωτούχο γάλλιο (GaN), οδήγησε στην υλοποίηση νέων μετατροπέων και τη βελτίωση των υπαρχόντων, προσφέροντας υψηλότερη απόδοση, υψηλότερες συχνότητες μεταγωγής και ανώτερη θερμική απόδοση σε σύγκριση με την δοκιμασμένη τεχνολογία πυριτίου (Si). Η παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στο σχεδιασμό και την υλοποίηση ενός θερμιδομετρικού συστήματος για τη μέτρηση των απωλειών σε μετατροπείς ηλεκτρονικών ισχύος υψηλής απόδοσης. Οι απώλειες ισχύος σε τέτοια συστήματα επηρεάζουν σημαντικά τη συνολική απόδοση και λειτουργία τους και η ακριβής μέτρησή τους είναι ζωτικής σημασίας για τη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού και τη διασφάλιση αξιόπιστης λειτουργίας, όπως σε εφαρμογές κινητήριων συστημάτων. Η προτεινόμενη θερμιδομετρική διάταξη χρησιμοποιεί διάταξη διπλού κελύφους κλειστού τύπου, με το νερό ως ψυκτικό μέσο. Η διάταξη αυτή εξασφαλίζει θερμική απομόνωση και ελαχιστοποιεί τις διακυμάνσεις στη λειτουργία της από περιβαλλοντικούς παράγοντες. Η εργασία επιπρόσθετα καλύπτει όχι μόνο το σχεδιασμό αλλά και την ανάπτυξη κυκλωμάτων ελέγχου και ενός συστήματος συλλογής δεδομένων για τη μέτρηση και επεξεργασία των μεγεθών που σχετίζονται με την εξαγωγή των απωλειών ισχύος. Η θερμιδομετρική διάταξη της εργασίας και εν γένει οι θερμιδομετρικές διατάξεις συγκρίνονται με συμβατικές ηλεκτρικές μεθόδους, όπως οι ψηφιακοί αναλυτές ισχύος, όπου προκύπτει η υψηλότερη ακρίβειά της μεθόδου σε μετατροπείς υψηλής απόδοσης όπου οι ηλεκτρικές μέθοδοι υστερούν. Πραγματοποιείται βαθμονόμηση του συστήματος, εξασφαλίζοντας υψηλή ακρίβεια στη μέτρηση των απωλειών σε διάφορες συνθήκες δοκιμών. Μέσω της ανάπτυξης αυτού του θερμιδομετρικού συστήματος, η παρούσα εργασία συμβάλλει στην προσπάθεια θεμελίωσης των τεχνικών μέτρησης απωλειών για τις εργαστηριακές και βιομηχανικές εφαρμογές, επιτρέποντας την ακριβέστερη μοντελοποίηση και τον χαρακτηρισμό των σύγχρονων ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος.