Estudio del efecto de las técnicas de modulación sobre las pérdidas de un convertidor DC-DC aislado en puente dual activo (DAB) para cargadores embarcados en vehículos eléctricos

Abstract

[ES] El sector del vehículo eléctrico demanda cada vez más que los sistemas que lleve embarcados, como por ejemplo los OBC (On Board Charger), cuenten con una muy elevada densidad de potencia para minimizar su volumen y peso para una misma potencia transmitida. Para conseguir esto, además de varias topologías de convertidores DC-DC resonantes, el puente dual activo (DAB, Dual Active Bridge) es una de las topologías de referencia para el desarrollo de convertidores DC/DC con bajas pérdidas de conmutación y alta frecuencia. Esta topología consigue la conmutación suave de sus interruptores aprovechando la inductancia de fugas del transformador de aislamiento junto a las capacidades parásitas de los semiconductores. Este tipo de conmutación permite aumentar la frecuencia de conmutación del convertidor sin apenas aumentar las pérdidas, lo que deriva en una disminución del tamaño de los componentes pasivos. En este trabajo se propone estudiar el Dual Active Bridge (DAB) con diferentes técnicas de modulación. Se trata de un análisis por simulación del efecto de las diferentes técnicas de modulación por desplazamiento de fase conocidas sobre las pérdidas del convertidor DC/DC. Se partirá de unas especificaciones de automoción para el diseño del DAB con diferentes modulaciones, a partir de las que se realizará simulaciones con PSIM y/o DSIM en varios puntos de operación para concluir qué modulación consigue las menores pérdidas y en qué rango de funcionamiento.

[EN] The electric vehicle sector is increasingly demanding that on-board systems, such as OBCs (On Board Chargers), have a very high power density to minimise their volume and weight for the same transmitted power. To achieve this, in addition to various resonant DC-DC converter topologies, the Dual Active Bridge (DAB) is one of the reference topologies for the development of DC/DC converters with low switching losses and high frequency. This topology achieves soft switching of its switches by exploiting the leakage inductance of the isolation transformer together with the parasitic capacitances of the semiconductors. This type of switching allows the switching frequency of the converter to be increased with almost no increase in losses, resulting in a reduction in the size of the passive components. This work we propose to study the Dual Active Bridge (DAB) with different modulation techniques. It is a simulation analysis of the effect of the different known phase shift modulation techniques on the losses of the DC/DC converter. The starting point will be automotive specifications for the design of the DAB with different modulations, from which simulations will be carried out with PSIM and/or LTspice at various operating points to conclude which modulation achieves the lowest losses and in which operating range.