GaN interleaved DC/DC converter design and magnetic loss modeling

In the electric car industry, high-density, high-efficiency converters are becoming increasingly crucial. They have the ability to reduce the energy consumption of an electric vehicle by reducing the total weight of the vehicle. This thesis paper proposes a 1.5 kW bi-directional DC-DC converter that is both high power density and extremely efficient (12V to 48V). This work is an optimization of previous designs by leveraging a new generation of MOSFETs, GaN, which allows for higher switching frequencies, thus reducing component size and device weight. Using the LTspice software, it is possible to check the functionality of the design topology and of the calculated values related to the components. Furthermore, with the help of COMSOL Multiphysics (AC / DC Module), magnetic losses will be obtained, which are the bottlenecks in the design of this type of high-efficiency and density converters. Such an approach will facilitate and accelerate the design and implementation process of any converter.

Nell'industria delle auto elettriche, i convertitori ad alta densità e alta efficienza stanno diventando sempre più cruciali. Hanno la capacità di ridurre il consumo energetico di un veicolo elettrico riducendo il peso totale del veicolo. Questo documento di tesi propone un convertitore DC-DC bidirezionale da 1,5 kW ad alta densità di potenza ed estremamente efficiente (da 12V a 48V). Questo lavoro è un'ottimizzazione dei progetti precedenti sfruttando una nuova generazione di MOSFET, GaN, che consente frequenze di commutazione più elevate, riducendo così le dimensioni dei componenti e il peso del dispositivo. Utilizzando il software LTspice è possibile verificare la funzionalità della topologia di progetto e i valori calcolati relativi ai componenti. Inoltre, con l'ausilio di COMSOL Multiphysics (AC/DC Module), si otterranno perdite magnetiche, che sono i colli di bottiglia nella progettazione di questo tipo di convertitore ad alta efficienza e densità. Sebbene lo studio nel dominio della frequenza in COMSOL sia limitato alla gamma di frequenze in cui i coefficienti di perdita di modellazione sono validi e trascuri l'impatto delle armoniche di ordine superiore nelle forme d'onda non sinusoidali, un tale approccio faciliterà e accelererà la progettazione e l'implementazione processo di qualsiasi convertitore in quanto è meno complicato da eseguire e relativamente veloce da convergere considerando il tempo di calcolo richiesto.