Diseño y desarrollo del control digital con microcontrolador de un convertidor DC-DC 400V/12V de 3,6 kW para vehículos eléctricos e híbridos

Abstract

En este TFM se desarrolla el control digital de un convertidor de potencia DC/DC 400V/12V de 3,6 kW para vehículos eléctricos e híbridos. Se trata de un producto para el sector de la automoción llevado a cabo durante la realización de las prácticas del alumno en la empresa MAHLE Electronics, S.A.U con sede en Paterna. Este TFM es parte de un mismo proyecto de la empresa en el que participaron los alumnos José Carlos Mercé Godoy y Pablo Del Canto Masa, ambos realizando prácticas en la empresa y estudiantes del Máster Universitario en Ingeniería de Sistemas Electrónicos. El alumno Pablo del Canto fue el responsable del desarrollo del circuito de potencia, mientras que José Carlos Mercé llevó a cabo el control digital con microcontrolador del convertidor DC-DC. El convertidor DC-DC tiene dos etapas en paralelo, formadas cada una de ellas por un Buck y un Push-pull en serie y cuya aplicación es el suministro de energía desde la batería de alta tensión (400V) de los vehículos eléctricos, tanto a la batería de 12V, como al resto de elementos que utilizan esta tensión para su funcionamiento. Debido a que el convertidor proporciona aislamiento galvánico, gracias a las etapas Push-Pull, la PCB de control se divide en dos zonas cada una de ellas referenciadas a una masa, la de la batería de 12V (LV) y la de la masa de la batería de 400V (HV). En la zona de HV se dispone de un microcontrolador en que se implementan los controles PI para la regulación de la tensión de salida, de las corrientes y de la potencia de cada una de las etapas, garantizando un funcionamiento seguro y cumpliendo los requisitos de tiempo de respuesta, sobreoscilaciones y rizado fijados por los clientes demandantes de este producto. En la zona de LV se dispone de otro microcontrolador para realizar las funciones de supervisión del convertidor (tratamiento de fallos, máquina de estados, etc) y para la comunicación mediante CAN con la ECU (Engine Control Unit) del vehículo, desde la que se gestiona el arranque, parada, y parámetros de funcionamiento.