Repositorio UFRO · Omeka S

On the Experimental Verification of Electrothermal Modeling of GaN-HEMT-Based DCDC Converters

Primer Autor	Rojas, Christian A.
Título	On the Experimental Verification of Electrothermal Modeling of GaN-HEMT-Based DCDC Converters
Editorial	IEEE-INST ELECTRICAL ELECTRONICS ENGINEERS INC
Revista	IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS
Lenguaje	en
Resumen	The reliability of power converters is intricately tied to the variations in the junction temperature of semiconductor devices. Therefore, possessing accurate models of these components is of paramount importance. This research introduces an electrothermal model focusing on Gallium Nitride (GaN) based dc-dc converters. The experimental evaluation leverages a GaN-based two-level buck converter (TLBC), where current control is achieved via pulsewidth modulation (PWM), while a comprehensive thermal model is developed in the range of 10-$\text{500} \,\text{kHz}$ at fixed switching frequencies. The test-bed involves direct temperature measurement utilizing infrared thermal sensors. The proposed model undergoes validation through comparison with experimental data in steady-state and dynamic conditions. Finally, the contribution of this work is to generate an accurate electrothermal model of a TLBC based on GaN-high-electron-mobility transistor technology transistors to enable active thermal control implementation in steady-state and dynamic mode. The aim of the study is to address the management of component temperature rise given the need for full integration requirements as a major challenge in new-generation of dc-dc power converters.La fiabilidad de los convertidores de potencia está intrínsecamente ligada a las variaciones en la temperatura de unión de los dispositivos semiconductores. Por lo tanto, contar con modelos precisos de estos componentes es de suma importancia. Esta investigación presenta un modelo electrotérmico centrado en convertidores CC-CC basados en nitruro de galio (GaN). La evaluación experimental utiliza un convertidor reductor de dos niveles (TLBC) basado en GaN, donde el control de corriente se logra mediante modulación por ancho de pulso (PWM), mientras que se desarrolla un modelo térmico integral en el rango de 10 a 500 kHz a frecuencias de conmutación fijas. El banco de pruebas incluye la medición directa de la temperatura mediante sensores térmicos infrarrojos. El modelo propuesto se valida comparándolo con datos experimentales en condiciones estacionarias y dinámicas. Finalmente, la contribución de este trabajo es generar un modelo electrotérmico preciso de un TLBC basado en transistores de tecnología de transistores de alta movilidad electrónica (HEMT) de GaN para permitir la implementación de un control térmico activo en modo estacionario y dinámico. El objetivo del estudio es abordar la gestión del aumento de temperatura de los componentes, dada la necesidad de cumplir con los requisitos de integración total, lo cual representa un desafío importante en la nueva generación de convertidores de potencia CC-CC.
Tipo de Recurso	artículo original
Description	Thermal management Gallium nitride Logic gates Junctions Switches Buck converters Accuracy Thermal stresses Temperature measurement Switching frequency Active thermal control (ATC) dc-dc power converters gallium nitride (GaN) power converter reliability semiconductor device modeling
doi	10.1109/TPEL.2024.3514492
Formato Recurso	pdf
Palabras Claves	ACTIVE THERMAL CONTROL PREDICTIVE CONTROL DESIGN
Ubicación del archivo	http://dx.doi.org/10.1109/TPEL.2024.3514492
Materias	ACTIVE THERMAL CONTROL PREDICTIVE CONTROL DESIGN
Disciplinas de la OCDE	Ingeniería Eléctrica y Electrónica Otras Ingenierías y Tecnologías Física de la Materia Condensada
Versión del recurso (Recomendado-único)	versión publicada
Tipo de ruta	hibrida verde
Access Rights	metadato
Derechos de acceso	metadato
Id de Web of Science	WOS:001412119800037
Título de la cita (Recomendado-único)	On the Experimental Verification of Electrothermal Modeling of GaN-HEMT-Based DCDC Converters
Identificador del recurso (Mandatado-único)	artículo original
Editorial	IEEE-INST ELECTRICAL ELECTRONICS ENGINEERS INC
Revista/Libro	IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS
Categoría WOS	Engineering, Electrical & Electronic
Idioma	en
ISSN	0885-8993
Entidad financiadora	ANID/Fondecyt Regular#ANID-Basal Project#Fondecyt Postdoctoral(Comision Nacional de Investigacion Cientifica y Tecnologica (CONICYT)CONICYT FONDECYT)#Direccion de Postgrado y Programas, Universidad Tecnica Federico Santa Maria (UTFSM), Valparaiso
Referencia del Financiador (Mandatado si es aplicable-repetible)	ANID/Fondecyt Regular [1240537] ANID-Basal Project [AFB240002] Fondecyt Postdoctoral [3220714] Direccion de Postgrado y Programas, Universidad Tecnica Federico Santa Maria (UTFSM), Valparaiso [PIIC-02512023] [ANID/FONDAP/1523A0006]
Formato	pdf