Diseño y Estudio de Peor Caso de una Fuente de Alimentación Auxiliar en Convertidores de Potencia para Vehículos Eléctricos

Abstract

[ES] Desde el punto de vista de la conversión de potencia, las tres unidades clave para la movilidad de un vehículo eléctrico son: el inversor de tracción, que gestiona; la unidad de carga de batería, que permite la carga de la batería desde fuentes externas y el convertidor continua-continua, cuya finalidad es generar un bus de alimentación a partir de otro, o transferir potencia, de forma unidireccional o bidireccional entre los diferentes buses de alimentación existentes en el vehículo. Todos los módulos descritos anteriormente necesitan una o varias fuentes de alimentación a distinta tensión que alimente todos sus sistemas electrónicos internos: micro-controladores, etapas de acondicionamiento de señal, drivers de disparo para semiconductores, etc., a partir de un bus de alimentación externo de tensión no regulada, habitualmente entorno a 12V. Las premisas básicas de diseño para estas alimentaciones auxiliares son: simpleza, eficiencia, capacidad de suministrar diferentes tensiones de alimentación y aislamiento galvánico. De estas premisas básicas se concluye que una buena candidata a arquitectura de alimentaciones puede estar basada en la topología de convertidor flyback. A estas premisas básicas habría que añadir la robustez del diseño ya que el fallo de la fuente de alimentación limita en gran medida la vida de todo el módulo de potencia. El objetivo de este trabajo es por tanto el diseño y posterior estudio de peor caso de dicho convertidor con el objetivo garantizar que cumpla las especificaciones de diseño en las condiciones medioambientales exigidas y durante toda la vida definida para los productos en los que se incluya. El desarrollo del trabajo y los resultados se obtendrán por simulación con el software Ltspice. El desarrollo del trabajo constaría a priori de las siguientes etapas: - Diseño de un convertidor flyback que se adecúe a las necesidades de la familia de productos según las especificaciones funcionales requeridas. Justificación de la topología elegida según la necesidad de la aplicación. - Análisis de peor caso y corrección de diseño para cumplir con las especificaciones medioambientales y de vida útil. Los datos de partida para el diseño de la fuente de alimentación son: Tensión de entrada no regulada de batería entre 9V y 16V. Dos salidas reguladas de +12V y +7V sin aislamiento galvánico Dos salidas reguladas de +12V y +7V con aislamiento galvánico Potencia total suministrada a las cargas de 6W, repartida por igual entre todas las salidas. Eficiencia superior al 85% Simplicidad en diseño. Bajo precio objetivo.

[EN] The present work covers the design of an auxiliary power supply for electric vehicles and its Worst Case Analysis (WCA) with the Montecarlo method. Based on the topology of the flyback converter, the objective of this power supply is to provide power, from a 12V unregulated voltage bus, to the control stage of a 3.2kW DC/DC converter 400V/12V. This DC/DC converter is one of the fundamental power units in the architecture of the power train of the electric car, which supplies power to the loads connected to the 12V from the 400V bus associated to the traction system. In the specification of this converter, a design with four outputs is requested, each of them supplying 3W. Two of them, 12V and 7V, must be galvanically isolated from the primary and the other two outputs, of 12V and 7V as well. All four outputs constitute the necessary power supplies for the signal conditioning blocks, the microcontroller and its auxiliary electronics, the communications module and the flyback power transistor driving circuit of the DC/DC converter 400V/12V. The WCA provides the study of the components¿ variability and those signals of interest in the design that may have a relevant effect on the optimal operation of the converter. Thanks to this analysis, a simple, robust design is implemented, guaranteeing compliance with the established requirements within the operating limits according to the environmental conditions and the value variation of the components and input voltage.