El proyecto CONFIA ha iniciado su actividad en 2025 con el objetivo de desarrollar tecnologías avanzadas que permitan estimar y predecir el estado de degradación, así como aumentar la fiabilidad de los componentes más críticos de los convertidores de electrónica de potencia: los semiconductores IGBT de silicio y los condensadores.
Coordinado por Tecnalia, el proyecto cuenta con la participación de la Escuela Politécnica de Mondragon Unibertsitatea (MU-EPS), la Universidad del País Vasco, Ikerlan, Zigor R&D y Basquenergy Cluster, todos ellos agentes de la Red Vasca de Ciencia, Tecnología e Innovación (RVCTI). El proyecto, que tendrá una duración de dos años, está subvencionado por el Departamento de Industria, Transición Energética y Sostenibilidad del Gobierno Vasco a través del programa Elkartek.
Aumentar la fiabilidad de los convertidores de potencia
CONFIA se plantea como una iniciativa estratégica orientada a investigar nuevas soluciones que permitan aumentar la fiabilidad de los convertidores de potencia, ya sea alargando la vida útil de sus componentes o detectando de forma temprana los fallos mediante técnicas de mantenimiento predictivo.
En este contexto, el proyecto se centra en los dos componentes de los convertidores de electrónica de potencia con mayor tasa de fallos: los semiconductores de potencia y los condensadores. En el caso de los semiconductores, la investigación se focaliza en los módulos IGBT de silicio (transistores bipolares de puerta aislada), debido a su uso mayoritario y su amplia implantación en distintos sectores relacionados con la energía. En particular, CONFIA aborda la degradación termo-mecánica del encapsulado de los IGBT, identificada como una de las principales causas de fallo de estos dispositivos.
Objetivos y líneas de investigación del proyecto CONFIA
Entre los objetivos específicos del proyecto se encuentra la creación de modelos comportamentales y estructurales para caracterizar los procesos físicos de funcionamiento y de degradación termo-mecánica de los IGBT y de los condensadores, así como de sus precursores de fallo. Asimismo, se contempla el desarrollo de sistemas de medida no invasivos para la monitorización de parámetros eléctricos que permitan predecir el nivel de degradación y el estrés térmico en los IGBT.
El proyecto incluye también el uso de algoritmos avanzados de diagnosis y prognosis, basados en datos e inteligencia artificial, para diagnosticar y predecir el estado de degradación de los condensadores y de los IGBT. De igual modo, se abordará el establecimiento de técnicas de control y modulación avanzadas orientadas a reducir el estrés térmico en los IGBT y el estrés armónico en los condensadores, con el fin de prolongar su vida útil.
Como resultado de la investigación desarrollada, CONFIA prevé obtener circuitos no intrusivos para la estimación de la temperatura de unión en semiconductores IGBT, mediante técnicas como la medida de la tensión colector-emisor, la medida del máximo de corriente de puerta, la inyección de señales de alta frecuencia en la tensión puerta-emisor y la medida de la resistencia interna de puerta.
Asimismo, se espera desarrollar algoritmos de predicción del estado de degradación de los IGBT de potencia, técnicas de gestión térmica de estos dispositivos, métodos de caracterización térmica basados en su proceso de conmutación y una metodología para el estudio de la degradación termo-mecánica de los IGBT mediante plataformas HALT (ensayos de vida acelerada de alta intensidad), con el objetivo de minimizar la duración de los ensayos.