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Authors
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Abstract(s)
Wide bandgap semiconductors (WBGS) are seen as the next evolution in the
field of power electronics. This relatively recent semiconductors technology shows
great advantages when compared with the traditional technology, based on silicon
semiconductors (SiS). WBGS are able to operate at much higher switching frequencies,
allow higher gate-source voltage, and tolerate higher temperatures. Altogether, these
factors lead to much higher energy conversion efficiency, when compared to
equivalent Si-based power conversion systems, and enable the possibility to design and
build more compact systems, especially attractive for use in electric and hybrid
vehicles, power converters and other high-power applications. Combined with
environmental and climate change concerns, the compelling need to design more
efficient power conversion systems promoted the research on the use of WBGS in power
converters. When paired with high efficiency LED fixtures, WBG-based LED drivers can
bring significant savings in terms of power consumption made at homes, large offices,
public buildings, streets, and so on.
To better assess the advantages of the utilisation of WBGS in power electronic
converters, applied to LED lighting systems, this thesis establishes a comparative
analysis of the performance of two similar power electronic converters: the first
converter resorts to WBGS, while the second converter adopts SiS as the switching
devices.
Os semicondutores de banda-proibida larga ou semicondutores wide bandgap (WBGS) são vistos como o próximo passo evolutivo na engenharia eletrónica. Esta tecnologia de semicondutores, relativamente recente, tem grandes vantagens quando comparada com tecnologias tradicionais, baseadas em semicondutores de silício (SiS). Os WBGS podem operar a frequências de comutação muito superiores, permitem uma maior tensão dreno-fonte e toleram temperaturas de funcionamento mais elevadas. Todos estes fatores resultam num rendimento operacional superior ao observado em sistemas equivalentes baseados em SiS, bem como na possibilidade de projetar e construir sistemas mais compactos, consequência especialmente atrativa para uso em veículos elétricos e híbridos, conversores de potência e outras aplicações de alta potência. Combinada com as preocupações ambientais e de mudanças climáticas, a necessidade de projetar sistemas de conversão de energia cada vez mais eficientes conduziu a um aumento dos esforços de investigação sobre o uso de WBGS em conversores de energia. Quando combinados com luminárias LED de alto rendimento, os controladores de LEDs baseados em WBGS podem representar poupanças significativas nos consumos de energia em aplicações como a iluminação em residências, grandes escritórios, edifícios públicos, ruas, etc. Para melhor compreender as vantagens da aplicação de WBGS em conversores eletrónicos de potência, aplicados a sistemas de iluminação LED, este trabalho estabelece uma análise comparativa do desempenho de dois conversores electrónicos de potência idênticos, sendo um deles baseado em WBGS e outro baseado em SiS.
Os semicondutores de banda-proibida larga ou semicondutores wide bandgap (WBGS) são vistos como o próximo passo evolutivo na engenharia eletrónica. Esta tecnologia de semicondutores, relativamente recente, tem grandes vantagens quando comparada com tecnologias tradicionais, baseadas em semicondutores de silício (SiS). Os WBGS podem operar a frequências de comutação muito superiores, permitem uma maior tensão dreno-fonte e toleram temperaturas de funcionamento mais elevadas. Todos estes fatores resultam num rendimento operacional superior ao observado em sistemas equivalentes baseados em SiS, bem como na possibilidade de projetar e construir sistemas mais compactos, consequência especialmente atrativa para uso em veículos elétricos e híbridos, conversores de potência e outras aplicações de alta potência. Combinada com as preocupações ambientais e de mudanças climáticas, a necessidade de projetar sistemas de conversão de energia cada vez mais eficientes conduziu a um aumento dos esforços de investigação sobre o uso de WBGS em conversores de energia. Quando combinados com luminárias LED de alto rendimento, os controladores de LEDs baseados em WBGS podem representar poupanças significativas nos consumos de energia em aplicações como a iluminação em residências, grandes escritórios, edifícios públicos, ruas, etc. Para melhor compreender as vantagens da aplicação de WBGS em conversores eletrónicos de potência, aplicados a sistemas de iluminação LED, este trabalho estabelece uma análise comparativa do desempenho de dois conversores electrónicos de potência idênticos, sendo um deles baseado em WBGS e outro baseado em SiS.
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Keywords
Conversores Dc-Dc Dispositivos de Banda-Proibida Larga Sistemas de Iluminação Led