Descripció del projecte
DESENVOLUPAMENT D’UN FILTRE ACTIU BASAT EN SEMICONDUCTORS DE WIDE BAND GAP. Els filtres actius són equips cada cop més freqüents i necessaris en les instal·lacions d’avui en dia, degut a la creixent pol·lució en les xarxes elèctriques. Les càrregues domèstiques i industrials contenen cada cop més circuits electrònics que s’alimenten d’un corrent que no és sinusoïdal pur. Des del punt de vista de la xarxa elèctrica, això es tradueix en una superposició d’ones sinusoïdals amb freqüències múltiples de la freqüència de xarxa (harmònics). A part que existeixen normes que limiten aquests harmònics, resulta convenient el seu filtratge, ja que permet optimitzar les seccions dels cables, les potències dels transformadors de distribució, reduir les pèrdues en les instal·lacions i evitar pèrdues de producció.
En el futur, la implantació del vehicle elèctric, com a eina de reducció de la contaminació i la dependència dels combustibles fòssils, portarà un increment en el consum elèctric a nivell residencial, això es traduirà en una emissió elevada d’harmònics. Les xarxes domèstiques no estan preparades per aquests tipus de distorsions, que provocaran una baixa qualitat de xarxa, inclús interferències amb altres equips electrònics domèstics.
Tal i com es fa en el sector industrial, una de les possibles solucions passarà per la implementació en el sector residencial de filtres actius, que cancel·len els harmònics i mantenen una qualitat de xarxa elèctrica acceptable. Pel que es refereix al sector residencial, es requereix d’equips de dimensions reduïdes, i amb emissions sonores baixes. Els filtres actius basats en silici (Si) o en carbur de silici (SiC) no poden aconseguir aquestes dues condicions simultàniament. En canvi, el GaN amb les seves excepcionals baixes pèrdues de commutació, pot arribar a oferir una possible solució en aquest àmbit.
N’ obstant, per implementar un convertidor amb tecnologia GaN es requereix resoldre uns reptes tecnològics importants, com són:
1) Revisar i actualitzar l’estat de l’art referent a l’eliminació d’harmònics en la xarxa utilitzant filtres actius.
2) Determinar la topologia de filtre actiu més convenient per a la seva aplicació en el sector residencial i poder aconseguir les millors avantatges dels dispositius GaN.
3) Desenvolupar una plataforma de simulació per a simular i validar el funcionament del filtre actiu.
4) Validar mitjançant simulacions algoritmes de control i modulació, la topologia de filtre actiu amb l’objectiu de reduir pèrdues, treballant a freqüències de més de 100kHz.
5) Desenvolupar un disseny optimitzat del “layout”, incloent tots el components paràsits, i “drivers” actius per reduir les emissions de les pertorbacions radiades (EMI).
6) Implementar un prototip de filtre actiu, i validar la topologia i disseny del “layout” proposats .
Aquestes tasques es realitzaran amb el suport i supervisió de l’equip tècnic de CIRCUTOR i del grup d’investigació TIEG de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC).
