Elektrikli araçlar için 3 fazlı fırçasız DC motor sürücülerinde kullanılan SiC ve Si Mosfetlerin performans karşılaştırması
The performance comparison of the SiC and Si Mosfets used in 3-phaze brushless DC motor drivers for electric vehicles
Yazar: ERKAN SEVİM
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRAH ÇETİN
Yozgat Bozok Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy
Dizin: Elektrik motorları = Electric motors ; Fırçasız motor sürücüleri = Brushless motor drives

Özet:
Elektrikli araçlar motor, motor sürücü ve batarya sistemlerinden oluşmaktadır. Batarya kapasitesi sınırlı olması sebebiyle sistemin verimli bir şekilde çalışması gerekmektedir. Motor sürücü yapısında bulunan güç yarı iletkenleri bu sistemin verimliliği için önemlidir. Bu etki sistemin çalışma sıcaklığına ve güç oranına göre değişmektedir. Bu çalışma elektrikli araç yapısında kullanılacak olan bir Fırçasız DC Motor sürücüsünde kullanılan SiC (Silisyum Karbür) ve Si (Silisyum) Mosfetlerin sistem üzerindeki performans bakımından hangisinin avantajlı olduğunu ortaya koymaktır. 
Bu çalışmayı yaparken sistemin farklı güçlerde ve farklı sıcaklıklarda test edilebilmesi gereken bir simülasyon programına ihtiyaç duyulmuştur. Yapılan araştırmalar sonrası testlerin doğruluğu ve yapılacak olan deneylerin sonuçlarının rahat gözlemlenebilmesi için PSIM uygulaması üzerinde karar kılınmıştır. Sistem bu program üzerinde oluşturulmuş ve yapılan deneyler sonrası sonuçlar kıyaslanmıştır. Yapılan çalışmada motor sürücülerinin yapısında bulunan güç yarı iletkenleri hariç sistem özdeş olarak kullanılmıştır. Farklı Mosfet yapılı sistemler farklı yüklerde ve farklı ortam sıcaklıklarında kıyaslanarak sonuçlar elde edilmiştir. Yapılan deneyler sonucunda motorun boşta çalışma durumunda Si ve SiC Mosfetler neredeyse bir fark gözlemlenmezken, mekanik yük ve sıcaklık değerlerinin yükselmeye başlaması ile farklar gözlemlenmiştir. Sıcaklık durumlarına bakıldığı zaman Si Mosfetler SiC Mosfetlere göre %22'ye kadar daha fazla ısındığı gözlemlenmiştir. Mosfetlerin yüksek akımdaki çalışması sırasında incelenen sinyallerden Si Mosfetlerin anahtarlama hızlarının yavaşladığı, SiC Mosfetlerin ise etkilenmediği gözlemlenmiştir. Güç kaybı olarak kıyaslandığında Si Mosfetler SiC Mosfetlere göre daha fazla ısınması ve anahtarlama hızının yavaşlaması gibi durumlar yüzünden %226 daha fazla güç kaybına uğramıştır.
Sonuç olarak SiC Mosfetler Si Mosfetlere göre özdeş sistemlerde belirgin bir şekilde daha verimli çalıştığı gözlemlenmiştir.

Abstract:
Electric vehicles consist of motor, motor driver and battery systems. Since the battery capacity is limited, the system must work efficiently. The power semiconductors in the motor driver structure are important for the efficiency of this system. This effect varies according to the operating temperature and power ratio of the systemThis study is to reveal which of the SiC (Silicon Carbide) and Si (Silicon) Mosfets used in a Brushless DC Motor driver to be used in the electric vehicle structure is advantageous in terms of performance on the system.
While carrying out this study, a simulation program was needed, in which the system should be tested at different powers and different temperatures. After the researches, it was decided on the PSIM application in order to ensure the accuracy of the tests and the results of the experiments to be easily observed. The system was created on this program and the results were compared after the experiments. In the study, the system was used identically, except for the power semiconductors in the structure of the motor drivers. The results were obtained by comparing systems with different Mosfet structures at different loads and different ambient temperatures. As a result of the experiments, while Si and SiC Mosfets were almost not different in the idle state of the engine, differences were observed as the mechanical load and temperature values started to increase. When the temperature conditions are examined, it has been observed that Si Mosfets are heated up to 22% more than SiC Mosfets. During the high current operation of the Mosfets, it was observed that the switching speeds of the Si Mosfets slowed down, while the SiC Mosfets were not affected When compared in terms of power loss, Si Mosfets lost 226% more power than SiC Mosfets due to more heating and slower switching speed.
As a result, it has been observed that SiC Mosfets work significantly more efficiently in identical systems than Si Mosfets.