Miglioramento di un setup calorimetrico per la misura delle perdite di commutazione di dispositivi di potenza

Accurate measurement of switching losses in modern power devices (SiC/GaN MOSFETs, IGBTs) is essential for optimizing high-efficiency converters. While the traditional double-pulse test (DPT) method is widely used, it presents significant limitations related to probe invasiveness and sensitivity to electromagnetic interference (EMI). Calorimetric methods emerge as a valid alternative, allowing for the estimation of losses by measuring dissipated thermal energy, which ensures greater robustness and precision under real operating conditions. This thesis is part of the development of an innovative calorimetric setup based on thermal equilibrium, aiming to improve its automation and measurement accuracy. Specifically, the work focused on the design and implementation of the digital control and data acquisition infrastructure, based on the Xilinx Zynq SoC platform. The project involved hardware configuration, the implementation of serial communication for PC interfacing, and the integration of drivers for sensor readout. Finally, a MATLAB application was developed for the real-time reception, processing, and visualization of the acquired data. The result is a monitoring system that serves as the foundation for the full automation of the calorimetric test bench.

La misura accurata delle perdite di commutazione nei moderni dispositivi di potenza (MOSFET SiC/GaN, IGBT) è fondamentale per l'ottimizzazione dei convertitori ad alta efficienza. Sebbene il metodo tradizionale double-pulse test (DPT) sia ampiamente diffuso, esso presenta limitazioni significative legate all'invasività delle sonde e alla sensibilità ai disturbi elettromagnetici. I metodi calorimetrici emergono come valida alternativa, permettendo di stimare le perdite tramite la misura dell'energia termica dissipata, garantendo maggiore robustezza e precisione in condizioni operative reali. La tesi si inserisce nel contesto dello sviluppo di un setup calorimetrico innovativo basato sull'equilibrio termico, con l'obiettivo di migliorarne l'automazione e la precisione di misura. In particolare, la tesi si è focalizzata sulla progettazione e sull’implementazione dell’infrastruttura digitale di controllo e di acquisizione dati, basata sulla piattaforma SoC Xilinx Zynq. L'attività ha previsto la configurazione dell'hardware, l'implementazione della comunicazione seriale per l'interfacciamento con il PC e l'integrazione dei driver per la lettura dei sensori. Infine, è stato sviluppato un applicativo in ambiente MATLAB per la ricezione, l'elaborazione e la visualizzazione in tempo reale dei dati acquisiti. Il risultato è un sistema di monitoraggio che costituisce la base per la completa automazione del banco di misura calorimetrico.