Progettazione e collaudo di un convertitore di potenza ad alta efficienza per applicazioni aeronautiche

BRIEF E CHALLENGE

Progettazione e collaudo di un convertitore di potenza ad alta efficienza per applicazioni aeronautiche

I convertitori DC-DC usati nei velivoli convenzionali si basano su tecnologie e layout ben consolidati. Nel settore dell'elettronica di potenza, i transistor ad alta mobilità elettronica (HEMT), quali al nitruro di gallio (GaN FET) e i MOSFET al carburo di silicio (SiC), hanno dimostrato effetti beneficiari sul dimensionamento dell'hardware e sulla qualità della conversione. Pertanto, essi emergono come soluzioni promettenti per migliorare le prestazioni del sistema elettrico degli aerei.

L’elevata velocità di commutazioni e la bassa resistenza di conduzione di questi transistor permette di utilizzare frequenze di switching più alte e rende le forme d’onda di corrente e tensione quasi ideali. Nel caso dei convertitori DC-DC ad alta corrente, la topologia interleaved ha dimostrato di poter accrescere la portata di corrente del convertitore e mentre ridurre la distorsione armonica totale. La migliore qualità delle forme d’onda ottenuta con questi convertitori basati su HEMTs consente ai carichi e alle sorgenti di lavorare in punti a maggior efficienza e diminuire la taglia dei filtri. Ciò comporta una riduzione dei volumi e del peso complessivo del sistema elettrico del velivolo.

Tuttavia, il design di convertitori con transistor SiC MOSFET o GaN FET richiede un layout molto preciso a causa degli effetti dei parassitismi amplificati dalle veloci commutazioni. Eseguire test sperimentali per validare numericamente i benefici introdotti da tali convertitori in ambito aerospaziali porterebbe ad un’innovazione delle tecnologie convenzionali oggigiorno usate nei velivoli. Questa esigenza si allinea perfettamente con le necessità del laboratorio di Advanced Power & Energy Systems, mirando a risolvere le sfide legate alla gestione dell'energia a bordo velivolo. I benefici derivanti dall'introduzione della tecnologia HEMT nel sistema elettrico possono essere applicati a sistemi innovativi di distribuzione a bassa tensione. La progettazione architettonica e i risultati ottenuti saranno applicabili a velivoli di qualsiasi classe e dimensione e sono estendibili anche ad altri apparati.

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