Studio e realizzazione di un DC DC per alimentazione gate driver di un inverter per applicazioni industriali e in veicoli elettrici e ibridi

This thesis focuses on the study of new solutions for gate-driver power-supply of a three-phase inverter. These power supplies are very important in the structure of an inverter drive, since the performance of the whole drive depends on them. In fact, proper driving of semiconductor inverter allows to minimize the energy losses of these objects. Usually all inverters are installed on a heat sink, an efficiency improvement makes the dissipation system less cumbersome. In electrical and hybrid vehicles what said before brings benefits, because the available space can be utilized in order to increase battery stack dimension and to extend the autonomy distance range in pure electric operating mode. Particularly, three solutions have been advanced, that unlike the classical ones, lead to an efficiency increase, to a reduction of electromagnetic interference and moreover, make the power supply independent of the semiconductor device used, by providing non-conventional output voltage. The cheapest and most efficient and compact solution has been modeled in two different simulation environments: Pspice and Portunus, describing both the functional and the energetic aspects. Afterwards, an experiment has been conducted. The creation of a prototype was aimed to verify the simulation results in terms of dynamic behavior and efficiency and especially to check the effective operation of the device studied.

Il presente lavoro di tesi affronta uno studio finalizzato a individuare soluzioni innovative per la realizzazione di alimentazioni per i gate-driver di un inverter trifase. Tali alimentazioni sono molto rilevanti nella struttura di pilotaggio dell’inverter, poiché da esse dipendono le prestazioni di tutto l’azionamento, driver più motore elettrico. Infatti, un corretto pilotaggio dei dispositivi a semiconduttore dell’inverter consente di ottimizzare le perdite di tali oggetti. Tipicamente tutti gli inverter sono montati su un dissipatore di calore, un aumento dell’efficienza consente di rendere il sistema di dissipazione meno ingombrante. Nei veicoli elettrici e ibridi quanto esposto ha dei benefici, perché lo spazio liberato può essere impiegato dal sistema di accumulo dell’energia a bordo, consentendo di aumentare l’autonomia del veicolo. In particolare sono state proposte tre soluzioni principali che, rispetto a quelle classiche, consentono di aumentare l’efficienza dell’alimentatore, di ridurne l’emissione di disturbi di tipo elettromagnetico e di renderlo indipendente dalla classe di potenza dei dispositivi a semiconduttore impiegati per realizzare l’inverter, fornendo tensioni non convenzionali all’uscita. La soluzione ritenuta più efficiente, compatta ed economica è stata modellata in due differenti ambienti di simulazione Pspice e Portunus, modellando sia la parte funzionale, dei dispositivi impiegati per realizzare l’alimentatore, sia le perdite dei singoli dispositivi, successivamente è stata eseguita un’indagine sperimentale. La realizzazione di un prototipo ha avuto come obiettivo quello verificare i risultati di simulazione in termini dinamici, di efficienza e principalmente l’effettivo funzionamento del dispositivo studiato.