Analysis and Design of a Six-Phase Motor Current-Source Inverter Using GaN Bidirectional Switches

This thesis investigates a six-phase current-source inverter employing monolithic wide-bandgap bidirectional switches for motor-drive applications. Multiphase motors and drives are gaining interest in both academia and industry due to features such as enhanced fault tolerance, improved torque quality, reduced current stress per phase, and higher efficiency in high-power applications. The proposed conversion solution addresses the rapid voltage transients affecting widely adopted two-level inverters, resulting in reduced electromagnetic interference and a potential improvement in motor lifespan. The work details multiphase modeling, space vector modulation techniques, and current control strategies for surface permanent magnet motors. It analyzes the proposed converter and reports the design of key circuit components, including passive component sizing and layout considerations. Simulations and a prototype board implementation are presented to demonstrate the studied solution and provide a foundation for future development and practical realizations.

Questa tesi affronta lo studio di un inverter current-source a sei fasi realizzato con switch wide-bandgap bidirezionali monolitici per l'azionamento di motori elettrici. I motori e gli azionamenti multifase stanno suscitando interesse sia in ambito accademico che industriale grazie a caratteristiche quali una maggiore tolleranza ai guasti, una migliore qualità della coppia, una riduzione dello stress di corrente per fase e una maggiore efficienza nelle applicazioni ad alta potenza. Il sistema di conversione proposto mira a minimizzare le rapide variazioni di tensione osservate negli inverter a due livelli più diffusi, con conseguente riduzione delle interferenze elettromagnetiche e un potenziale miglioramento della longevità del motore. Il lavoro affronta la modellazione di sistemi multifase, tecniche di modulazione vettoriale (space vector modulation) e strategie di controllo della corrente per motori a magneti superficiali. Viene esposta un'analisi del convertitore e descritta la progettazione dei componenti circuitali chiave, includendo criteri di dimensionamento dei componenti passivi e considerazioni sul layout. Le simulazioni sviluppate e l'implementazione della scheda prototipo sono riportate al fine di esporre la soluzione studiata e fornire una base per futuri sviluppi e applicazioni pratiche.