Cálculo y simulación de la etapa de potencia de un convertidor de continua a continua reductor (DC-DC BUCK) de 3,2 kW para la carga de baterías estacionarias

Abstract

[ES] En los cargadores de baterías estacionarias es habitual el uso de un convertidor electrónico de potencia DC-DC conmutado entre la etapa rectificadora y las baterías. Una posible topología para la implementación del convertidor DC-DC cuando el aislamiento galvánico se ha realizado en las etapas previas conectadas a la red eléctrica es el convertidor reductor Buck , que aporta buenas características de filtrado y de control de la corriente en las baterías.

Este TFG consiste en el cálculo, selección de componentes y evaluación por simulación de un convertidor DC-DC BUCK de 3,2 kW con las siguientes ESPECIFICACIONES: - Tensión de entrada: Tensión continua aislada de la red de entre 180 V y 400 V. El rizado de baja frecuencia de esta tensión puede ser de hasta el 10%, con una frecuencia de 100 Hz. - Salida: Tensión continua variable entre 80 V y 160 V. Corriente máxima de 20 A. - Frecuencia de conmutación y tipo de transistores: entre 20 kHz y 50 kHz. Se hará un estudio del rendimiento para escoger entre IGBTs o MOSFETs - Rendimiento a máxima potencia: mayor que el 95%

[EN] In stationary battery chargers the use of an electronic DC-DC power converter switched between the rectifier stage and the batteries is common. A possible topology for the implementation of the DC-DC converter when the galvanic isolation has been carried out in the previous stages connected to the electrical network is the "Buck" reduction converter, which provides good filtering characteristics and control of the current in the batteries .

This TFG consists of the calculation, selection of components and evaluation by simulation of a DC-DC converter BUCK of 3.2 kW with the following SPECIFICATIONS: - Input voltage: Isolated voltage of the grid between 180 V and 400 V. The low frequency ripple of this voltage can be up to 10%, with a frequency of 100 Hz. - Output: Variable continuous voltage between 80 V and 160 V. Maximum current of 20 A. - Switching frequency and type of transistors: between 20 kHz and 50 kHz. A performance study will be done to choose between IGBTs or MOSFETs - Performance at maximum power: greater than 95%

[CA] En els carregadors de bateries estacionàries és habitual l'ús d'un convertidor electrònic de potència DC-DC commutat entre l'etapa rectificadora i les bateries. Una possible topologia per a la implementació del convertidor DC-DC quan l'aïllament galvànic s'ha realitzat en les etapes prèvies connectades a la xarxa elèctrica és el convertidor reductor Buck, que aporta bones característiques de filtrat i de control del corrent en les bateries. En este projecte es dissenya un convertidor Buck capacitat per a la càrrega de bateries estacionàries segons la norma DIN 41773, triant-se els components comercialment disponible òptim per a la seua implementació. Addicionalment es realitza un estudi dels semiconductors que més s'adapten al nostre projecte i es dissenya una xarxa d'ajuda a la commutació amb la finalitat de sotmetre a menys estrés als semiconductors i augmentar així el temps de vida del convertidor. Una vegada obtingut el disseny final, es realitza un estudi del rendiment del Buck per a diversos punts d'operació i es calcula i tria el dissipador de calor necessària per al funcionament correcte i fiabilitat del projecte. Tots els càlculs i dissenys realitzats estan recolzats en simulacions realitzades per mitjà de PSIM i Matlab