Conceptual design of isolated DC-DC converter for wide output voltage range charging solutions for automotive industry

Abstract

[ES] El campo de la electrónica de potencia se ha ido entretejiendo progresivamente en el tejido de nuestra vida cotidiana, abarcando un vasto espectro que va desde las placas solares hasta los vehículos eléctricos. Esta tesis de máster introduce un innovador concepto de conversión de energía mediante una novedosa topología de convertidor DC-DC. A la luz de la profunda transformación que está sufriendo la industria del transporte, numerosos fabricantes de equipos originales han apostado recientemente por los vehículos eléctricos para sobrevivir. Es un hecho ampliamente reconocido que el proceso de conversión DC/DC se cuenta entre los procedimientos de diseño más intrincados dentro del campo de la electrónica de potencia. Una de las principales complejidades surge del ambicioso objetivo de la industria de alcanzar un amplio espectro de tensiones de salida y, al mismo tiempo, suministrar el mismo nivel de potencia en todo el rango manteniendo una eficiencia aceptable. El objetivo de esta tesis es permitir el suministro de energía de alta potencia a una amplia gama de dispositivos electrónicos a partir de una fuente de energía universalmente estandarizada unificando diferentes tipologías de convertidores. Varias simulaciones y cálculos esbozados en esta tesis validan la solidez de este concepto, demostrando un rango de voltaje de salida de 100VDC a 1000VDC, entregando 11kW a través de casi todo el rango de voltaje de salida. Es importante señalar que esta tesis de máster sigue siendo puramente conceptual, y como tal, no hay planes para construir un prototipo para el concepto propuesto.

[EN] The domain of power electronics has progressively woven itself into the fabric of our everyday lives, spanning a vast spectrum ranging from solar cells to electric vehicles. This master’s the sis introduces an innovative energy conversion concept via a novel DC-DC converter topology. In light of the profound transformation sweeping the transportation industry, numerous OEMs have recently placed their bets on electric vehicles for survival. It’s widely acknowledged that the process of DC/DC conversion ranks among the most intricate design procedures within the field of power electronics. A primary complexity arises from the industry’s ambitious goal of attaining a broad spectrum of output voltages while consistently delivering the same level of power across the entire range by maintaining an acceptable efficiency. The goal of this thesis is to enable the provision of high-powered energy to a wide array of electronic devices from a universally standardized energy source by unifying different converter typologies. Various sim ulations and calculations outlined in this thesis validate the soundness of this concept, demon strating an output voltage span from 100VDC to 1000VDC, delivering 11kW across nearly the entirety output voltage range. It is important to note that this Master’s thesis remains purely conceptual, and as such, there are no plans to construct a prototype for the proposed concept.