Studio applicativo di dispositivi in nitruro di gallio (GaN) e carburo di silicio (SiC) negli amplificatori di corrente di gradiente per la risonanza magnetica

Abstract

L’attività di tesi si è focalizzata sulla analisi migliorativa, attraverso le tecnologie SiC e GaN, delle performance di un inverter a ponte intero, con il compito di pilotare una bobina di gradiente della macchina per la risonanza magnetica. L’analisi è stata effettuata con una modellazione accurata del circuito dell’inverter attraverso il software LTspice, mantenendo inizialmente i MOSFET al silicio utilizzati attualmente, per poi inserire successivamen- te dei modelli di dispositivi SiC e GaN al fine di effettuare una com- parazione prestazionale. Durante le simulazioni sono stati innalzati i valori di tensione di alimentazione e frequenza di switching oltre i limiti della tecnologia tradizionale, evidenziando i benefici dell’introduzione dei dispositivi wide band gap. Infine, attraverso il software PLECS è stato possibile effettuare un analisi delle prestazioni termiche dei due dispositivi.

The thesis activity focused on enhancing the performance of a full-bridge inverter through the implementation of SiC and GaN technologies, de- signed to drive a gradient coil within a magnetic resonance imaging (MRI) system. The analysis was conducted by developing an accurate circuit model of the inverter using LTspice software. Initially, the simulation maintained the currently used silicon MOSFETs, subsequently replacing them with SiC and GaN device models to perform a comprehensive performance comparison. During these simulations, the supply voltage and switching frequency were elevated beyond the operational thresholds of traditional silicon technology, highlighting the distinct advantages offered by wide- bandgap devices. Finally, the PLECS software was utilized to carry out a thermal performance analysis of both devices.