Loss Analysis of NPC and T-Type Three-Level Converter for Si, SiC, and GaN based Devices

Análise de Perdas em Semicondutores SIC e GaN Utilizados em Conversor DAB Multinível Aplicado em Carregador de Veículo Elétrico

“…Estes resultados ressaltam a melhor performance da aplicação com a utilização das chaves GaN GS66516B, nos dois pontos de operação, aproximando-seà resultados já obtidos na literatura como em Li et al (2017), onde resultados experimentais obtiveram eficiência total de 96% variando-se a tensão na bateria de 250 Và 450 V em um conversor CLLC operando tambémà 500 kHz e utilizando semicondutores de banda larga GaN ou nos resultados de simulação utilizando o LTSpice obtidos por Kumari et al (2020), onde obtem-se eficiência de 99, 361% em um conversor NPC de 5 kW utilizando semicondutores GaN e 98, 93% utilizando semicondutores de SiC, operandoà 50 kHz, ou ainda nos resultados obtidos por Abdelrahman et al (2018), tendo relatado eficiência de até 98, 92% aplicando semicondutores GaNà 300 kHz, utilizando também o Software PSIM como simulador, e eficiência de 98, 9% a 100 kHz de frequência de chaveamento em protótipo experimental utilizando também semicondutores GaN.…”

“…Em virtude destas características, e com a evolução e cada vez maior utilização destas chaves, torna-se importante a compreensão de seu funcionamento e trabalhos comparativos que possam evidenciar suas vantagens em diferentes aplicações de diferentes níveis de potência e frequência de chaveamento apresentam um papel importante, como o desenvolvido por Kumari et al (2020), ondeé realizada a comparação de perdas em um conversor NPC utilizando semicondutores de Si, SiC e GaN, mas não explicitando a distribuição de perdas de condução e comutação nos dispositivos, constatando maior desempenho dos semicondutores GaN, o trabalho desenvolvido por Li et al (2016), ondeé realizada uma comparação entre a energia de chaveamento em semicondutores SiC de 1200 V e 650 V e GaN de 650 V de tensão de bloqueio, concluindo-se que o semicondutor GaN apresenta também maior desempenho sob tensão reversa de 300 V na aplicação proposta, ou o trabalho desenvolvido por Abdelrahman et al (2018), onde se faz a comparação de perdas, através de simulacão utilizando o software PSIM e de forma experimental, em uma aplicação para carregamento rápido de veículo elétrico, confirmando também o melhor desempenho do semicondutor GaN em comparaçãoà semicondutores de Si e SiC.…”

Feasibility Study GaN Transistors Application in the Novel Split-Coils Inductive Power Transfer System with T-Type Inverter

“…Different types of switches are utilized in the power electronics converters [5][6][7][8]. The conventional Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs) are gradually going out of use in industrial circuits of WPT systems due to their low switching capability [9].…”

“…It is well known that the use of wideband gap semiconductors (such as GaN-transistors) instead of classical Si power switches can significantly reduce the power losses that lead to the increasing of the system efficiency or significantly increase switching frequency reducing size of passive elements [11][12][13]. It is advisable to use GaN transistors for T-type topologies [5][6][7][8]14]. The GaN features fast switching, low parasitic charges, reverse conductivity with zero recovery charge and low driving power losses and dynamic losses; compared to Si-IGBTs and SiC-MOSFETs [5,6,[15][16][17][18], higher efficiency, low parasitic output capacitance [16][17][18] can be achieved.…”

“…It is advisable to use GaN transistors for T-type topologies [5][6][7][8]14]. The GaN features fast switching, low parasitic charges, reverse conductivity with zero recovery charge and low driving power losses and dynamic losses; compared to Si-IGBTs and SiC-MOSFETs [5,6,[15][16][17][18], higher efficiency, low parasitic output capacitance [16][17][18] can be achieved. The advantage of GaN over Si is mostly visible at higher frequencies in dynamic losses [15,19].…”