Perdas por comutação na tecnologia de MOSFET de carbeto de silício utilizando o teste de duplo pulso

A tecnologia de MOSFETs de carbeto de silício (SiC) vem ganhando destaque na eletrônica de potência por operar em altas temperaturas, comutação em alta frequência e maior eficiência em relação aos dispositivos de silício (Si), permitindo maior densidade de potência e redução no tamanho dos sistemas. No entanto, o aumento da frequência pode intensificar as perdas por comutação. Neste contexto, esta dissertação analisa essas perdas no MOSFET SiC C3M0021120K (1,2 kV) da Wolfspeed, amplamente aplicado em conversores e inversores para eletrificação veicular. A metodologia adotada combina revisão bibliográfica, simulações e validação experimental por meio do Teste de Duplo Pulso (DPT), técnica amplamente empregada na análise de perdas de comutação em semicondutores de potência. Adicionalmente, são discutidos brevemente o método calorimétrico e o método baseado em conversores operando em regime contínuo. As simulações foram realizadas nos softwares PSIM e LTspice com modelos SPICE fornecidos pelo fabricante, possibilitando uma análise preliminar sob condições de 800 V e 50 A. Os resultados das simulações apresentaram cerca de 80% de correlação com os dados do datasheet, apesar das limitações relacionadas à ausência de efeitos parasitários. O impacto de variáveis como resistência de gate, temperatura de junção e recuperação reversa do diodo de roda livre foi investigado via simulação e validado experimentalmente com tensões de 200 V e corrente de 22 A. Para isso, foi desenvolvido e implementado um sistema completo de DPT, incluindo projeto de PCBs no software KiCad, montagem dos componentes passivos e seleção de instrumentos de medição. A influência desses instrumentos também foi avaliada, destacando-se a comparação entre shunt resistivo e sondas Rogowski na leitura de corrente, sendo observada uma redução de até 33,3% nas perdas por comutação ao se utilizar a sonda Rogowski. A análise experimental mostrou que pequenas variações na resistência de gate podem aumentar as perdas em até 13%, e que a elevação da temperatura de operação do MOSFET de ambiente para 130 °C provoca acréscimo de cerca de 14% nessas perdas. Esses resultados evidenciam a importância desses parâmetros no desempenho dinâmico dos dispositivos e contribuem para a otimização de conversores com tecnologia SiC. Além disso, os dados experimentais obtidos e a metodologia utilizada servem como referência para o desenvolvimento de sistemas de refrigeração para o MOSFET em estudo.