A SiC-MOSFET bidirectional switch solution for direct matrix converter topologies
Correspondence: marco.rivera@nottingham.ac.uk or marcoriv@utalca.cl.
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Actuators, 15(1), 40. https://doi.org/10.3390/act150100402076-0825https://doi.org/10.3390/act15010040http://hdl.handle.net/20.500.14066/474710.3390/act15010040Correspondence: marco.rivera@nottingham.ac.uk or marcoriv@utalca.cl.This article belongs to the Special Issue Power Electronics and Actuators—Second Edition.Bidirectional switches are highly required power electronics units for the design of power converters, especially for direct matrix converters. This article presents the design and implementation of a compact bidirectional switch based on SiC-MOSFET technology, aimed at high-efficiency, high-density power electronics applications. The proposed architecture employs surface-mount components, optimizing both the occupied area and electrical performance. The selected switching device is the IMBG120R053M2H from Infineon, a SiC-MOSFET known for its low on-resistance, high reverse-voltage blocking capability, and excellent switching speed. To drive the power devices, the UCC21521 gate driver integrates two independent isolated outputs in a single package, enabling precise control and reduced electromagnetic interference (EMI). The developed design supports bidirectional current conduction and voltage blocking, offering a robust and scalable solution for next-generation power converters. Design criteria, simulation results, and experimental validations are discussed.Consejo Nacional de Ciencia y TecnologíaPrograma Paraguayo para el Desarrollo de la Ciencia y Tecnología. Proyectos de investigación y desarrolloPrograma Paraguayo para el Desarrollo de la Ciencia y Tecnología. Proyectos de creación y fortalecimiento de maestrías y doctorados de excelenciaPrograma Paraguayo para el Desarrollo de la Ciencia y Tecnología. Proyectos Estratégicos14 páginasengMultidisciplinary Digital Publishing InstituteAtribución/Reconocimiento 4.0 Internacionalhttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccess© 2026 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license.5. Energía5.2. Procesos diseñados para incrementar la eficiencia en la producción y distribución de energía5.6. Fuentes de energías renovablesBidirectional switchMOSFET drivePower converterSiC-MOSFET2. Ingeniería y Tecnología2.2. Ingeniería Eléctrica, Electrónica e Informática [ingeniería eléctrica, electrónica, ingeniería y sistemas de comunicación, ingeniería informática (sólo equipos) y otras disciplinas afines]A SiC-MOSFET bidirectional switch solution for direct matrix converter topologiesinfo:eu-repo/semantics/articleinfo:eu-repo/semantics/publishedVersion1ActuatorsPINV01-743POSG01-14ESTR01-3Universidad Nacional de Asunción. Facultad de Ingeniería15Lezcano Delvalle, Hugo HernánRomero Vega, Rodrigo NicolásNúñez Aquino, Sergio EduardoSanabria Morel, Bruno RobertoPalacios Pereira, FabianMaqueda Acuña, Edgar MarcialToledo Gallardo, Sergio RamónPacher Vega, Julio CésarCaballero Morilla, David DomingoGregor Recalde, Raúl IgmarRivera Abarca, Marco EstebanORIGINALA SiC-MOSFET bidirectional switch solution for direct matrix converter topologies.pdfA SiC-MOSFET bidirectional switch solution for direct matrix converter topologies.pdfArtículo científicoapplication/pdf3509597http://repositorio.conacyt.gov.py/bitstream/20.500.14066/4747/1/A%20SiC-MOSFET%20bidirectional%20switch%20solution%20for%20direct%20matrix%20converter%20topologies.pdf2f2a8d08757a48fef7f6efc1a3d37b8bMD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8908http://repositorio.conacyt.gov.py/bitstream/20.500.14066/4747/2/license_rdf0175ea4a2d4caec4bbcc37e300941108MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81698http://repositorio.conacyt.gov.py/bitstream/20.500.14066/4747/3/license.txt858b22fda432bd774e469302988c1974MD53THUMBNAILA SiC-MOSFET bidirectional switch solution for direct matrix converter topologies.jpgA SiC-MOSFET bidirectional switch solution for direct matrix converter topologies.jpgArtículo científicoimage/jpeg464483http://repositorio.conacyt.gov.py/bitstream/20.500.14066/4747/4/A%20SiC-MOSFET%20bidirectional%20switch%20solution%20for%20direct%20matrix%20converter%20topologies.jpgddd37594e9a1aa1340faeb6a07e36c49MD54TEXTA SiC-MOSFET bidirectional switch solution for direct matrix converter topologies.pdf.txtA SiC-MOSFET bidirectional switch solution for direct matrix converter topologies.pdf.txtExtracted texttext/plain38854http://repositorio.conacyt.gov.py/bitstream/20.500.14066/4747/5/A%20SiC-MOSFET%20bidirectional%20switch%20solution%20for%20direct%20matrix%20converter%20topologies.pdf.txt7185bba5e2aebbf50c89c06b283edce6MD5520.500.14066/4747oai:repositorio.conacyt.gov.py:20.500.14066/47472026-02-11 02:13:41.59Repositorio Institucional CONACYTrepositorio.institucional@conacyt.gov.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 |
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