TENDENCIAS Y RETOS DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA

Transcripción

1 Conferencia sobre Electrónica de Potencia: Presente y futuro de una industria referente en Euskadi TENDENCIAS Y RETOS DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA Ion ETXEBERRIA Responsable Área Automática y Electrónica de Potencia (AEP) 1

2 Conferencia sobre Electrónica de Potencia: Presente y futuro de una industria referente en Euskadi 1. La Electrónica de Potencia hoy 2. Los retos tecnológicos: Nuevos componentes y materiales Diseño multidisciplinar optimizado 3. El reto de las personas y la colaboración TENDENCIAS Y RETOS DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA 2

3 Conferencia sobre Electrónica de Potencia: Presente y futuro de una industria referente en Euskadi 1. La Electrónica de Potencia hoy TENDENCIAS Y RETOS DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA 3

4 1. La electrónica de potencia hoy Qué es la electrónica de potencia? Es la disciplina clave para convertir y controlar el flujo de energía eléctrica De qué elementos se compone un convertidor de electrónica de potencia? CONDICIONES ATMOSFÉRICAS CALOR RUIDO ACÚSTICO CALOR Envolvente mecánica Topología Semiconductores Refrigeración Electrónica embebida Control Pasivos POTENCIA Ruido eléctrico Fuente / Carga Fiable Eficiente Coste reducido Tamaño y peso reducido Silencioso Fácil de montar y reparar Amigable con la red VIBRACIONES Interfaz / Coms Metodologías de diseño optimizadas Nuevos componentes y materiales 4

5 1. La electrónica de potencia hoy Dónde se está aplicando? * Yole Développement 2010 Qué papel juegan nuestras empresas? 5

6 1. La electrónica de potencia hoy. y desde la I+D? IKERLAN IK4: Más de 30 investigadores especializados en electrónica de potencia y control a los que se suman profesores de MU a tiempo parcial, y que junto con investigadores de sistemas embebidos, mecánica, gestión térmica y desarrollo de producto de IKERLAN IK4, constituyen un sólido equipo multidisciplinar de dilatada experiencia. Red de colaboradores: 6

7 1. y cómo será mañana? Strategic Research Agenda on Intelligent Power Electronics for Energy Efficiency (ECPE 2008): Del total de la energía consumida en el mundo el 40% se consumía en forma de ELECTRICIDAD en 2008 y se estima que aumentará hasta el 60% en En el año 2000 el 40% de la energía eléctrica se controlaba por medio de sistemas de ELECTRÓNICA DE POTENCIA. En 2015 se espera que sea el 80%. Desde el punto de vista del MERCADO: 3 vectores principales de transformación: SMARTGRIDS ELECTRIFICACIÓN TRANSPORTE EFICIENCIA ENERGÉTICA Desde el punto de vista de la TECNOLOGÍA: 1. La incorporación de nuevos componentes y materiales 2. El desarrollo de metodologías de diseño optimizadas y multidisciplinares 7

8 Conferencia sobre Electrónica de Potencia: Presente y futuro de una industria referente en Euskadi 2. Los retos tecnológicos: Nuevos componentes y materiales Diseño multidisciplinar optimizado TENDENCIAS Y RETOS DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA 8

9 2. Qué semiconductores de potencia se discretos se utilizan hoy? Mercado total semiconductores potencia Discretos (80%) * Yole Développement 2010 Mercado módulos por aplicaciones Mercado módulos IGBTs tracción 9

10 2. Cuándo estarán disponibles los nuevos componentes de banda prohibida ancha? Ministry of Economy, Trade and Industry, JAPAN (March 2008) Ventajas: Resistencia de conducción muy reducida Mejor comportamiento a altas temperaturas Mayor capacidad de tensión Menores pérdidas de conmutación, mayor eficiencia, y mayor frecuencia = diseños más compactos 10

11 2. Cuál la situación actual y las perspectivas del GaN y del SiC? * Yole Développement 2010 GaN Irrupción en el mercado de primeros dispositivos en 2010: EPC Corp (EPC 2010 FET, 200V, 12A, 25mΩ, 125 C). Tensión máxima: 200V (sectores de consumo y TICs). A corto plazo: Nuevas compañías (IR, MicroGAN, Furukawa, etc.) Tensiones 600V 900V (sector industrial y automoción). Mercado GaN SiC 2011: lanzamiento primer switch (CREE CMF20120D, 1200V, 80mΩ, 33A, 125 C). Diodos SiC: PFC, UPS y drives (23M$ 08). Futuro: vehículo eléctrico (a partir de 2014) y PV = previsión de 100M$ en Precio elevado: entrada mercado lenta (4% SC discretos potencia en 2019). Hoy aplicaciones BT (<1.2kV) 99% del total, pero importante incremento en MT Mercado SiC > 1.7kV 11

12 2. Cuál es la evolución en los materiales magnéticos? 4 tipos de materiales adecuados para transformadores de potencia: amorfos y de acero consolidados para aplicaciones de distribución (BF). Reto: Fabricación y comercialización de núcleos con características óptimas en alta potencia MF (existentes en baja potencia). Problemas: Alto coste y dificultad de industrialización de ciertos materiales. * IKERLAN

13 2. Cuáles son los retos en cuanto al diseño? Actualmente diseño basado en una combinación de: Experiencia Intuición Herramientas de análisis parciales Problemática multidisciplinar: CONDICIONES ATMOSFÉRICAS CALOR RUIDO ACÚSTICO CALOR Multi objetivo: Envolvente mecánica Topología Refrigeración Pasivos POTENCIA Semiconductores Fuente / Carga VIBRACIONES Electrónica embebida Control Interfaz / Coms Ruido eléctrico Metodologías y herramientas de optimización 13

14 2. Metodologías de diseño optimizado Ejemplo: método propuesto por Kolar*: OBJETIVOS: minimizar volumen y maximizar eficiencia Semiconductores Condensador Filtros EMI Componentes magnéticos *Performance Trends and Limitations of Power Electronic Systems, J.W. Kolar, ETH Zurich 14

15 Conferencia sobre Electrónica de Potencia: Presente y futuro de una industria referente en Euskadi 3. El reto de las personas y la colaboración TENDENCIAS Y RETOS DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA 15

16 3. El reto de las personas y de la colaboración Se necesitan personas formadas y motivadas y una red de colaboración fuerte y estable 16

17 ESKERRIK ASKO MUCHAS GRACIAS MERCI - THANK YOU IKERLAN TECHNOLOGICAL RESEARCH CENTRE ietxeberria@ikerlan.es Pº J.M. Arizmendiarrieta, Arrasate Mondragón (Gipuzkoa) Tel.: Fax: