Estudio de pérdidas y modelado térmico de un inversor de tracción en un vehículo eléctrico mediante el simulador LTspice

Abstract

[ES] Actualmente el sector de la automoción quiere dejar atrás los combustibles fósiles y pasar a energías más limpias y menos contaminantes, es decir, hacía los coches híbridos o eléctricos, donde la energía se puede obtener de fuentes renovables. Uno de los principales componentes en electrónica de potencia de estos coches es el inversor de tracción, un convertidor DC-AC compuesto por semiconductores de potencia. En la industria de los semiconductores cada vez se fabrica componentes más pequeños con mayor densidad de potencia, que son capaces de funcionar a mayores frecuencias de conmutación. Ante esta mejora del componente surge un problema: la temperatura a la que pueden llegar y el ciclado de esta puede llevar a la rápida degradación del componente o incluso a su destrucción. Por ello una de las principales tareas del diseñador es dimensionar correctamente el componente para su aplicación. En este trabajo se desarrollará una simulación de las pérdidas de potencia de los semiconductores dependiendo de diversos factores influentes en ellas. También se hará un análisis de los modelos térmicos actuales y se añadirá el modelo térmico al modelo de pérdidas, todo ello mediante el programa de simulación LTSpice.

[EN] Nowadays the automotive industry wants to move from fossil fuels to cleaner and less contaminant energies, to electric or hybrid cars, where energy is obtained from renewable sources. One of the main components of power electronics in the automotive industry is the traction inverter; this is a DC-AC converter made up by power semiconductors.In the industry of semiconductors the components are increasingly smaller and with bigger power density, and are able to work at bigger commutation frequencies. With this improvement a disadvantage comes up, the temperature that these components can reach and the cycling of it can lead to a fast degradation of the component or even to its destruction. Thus, one of the main objectives of the designer is the selection of a proper component for its application. In this paper a simulation of the power losses will be developed depending on the factors that have an influence on them. Also, an analysis of the existing thermal models will be performed and will be added to the power losses model; this will be performed in the program LTspice.

[CA] Actualment el sector de la automoció vol deixar enrerre el ús de combustibles fósils y donar pas a energías més netes y menys contaminants, es a dir, cap a els cotxes hibrids o eléctrics, on l’énergia es pot obtindre de fonts renovables. Un dels principals components de la electrónica de potencia en aquests cotxes es el inversor de tracció, aquest es el convertidor DCAC que está compost per semiconductors de potencia. En la industria dels semiconductors cada vegada es fabriquen components més petits y amb una densistat de potencia major, a més son capaços de funcionar a majors frecuencies de conmutació. Davant aquesta millora del component surgeix un problema, la temperatura a la que es pot arribar y el ciclat de aquesta pot portar a la rápida degradació del component e inclús a la seva destrucció. Per aixó, una de les principals funcions del diseñador es dimensionar correctament el component per a la seva aplicació. En aquest treball es desenvolupa una simulació de les perdùes de potencia dels semiconductors depenent dels diversos factors influents. També es fará un análisis dels models térmics actuals y será incluit al model de perdùes, aixó es desenvolupará en el programa de simulació anomenat LTspice.