DISEÑO DE UN INVERSOR MULTINIVEL BASADO EN TRANSISTORES GAN PARA LA ETAPA DE ENTRADA BIDIRECCIONAL DE CARGADORES EMBARCADOS DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS

Abstract

[ES] Los cargadores embarcados de vehículos eléctricos requieren una potencia nominal que puede llegar hasta 22kW, con alta densidad de potencia y alto rendimiento para reducir el volumen y el peso del equipo. Para lograr este fin, se pueden utilizar dispositivos wide bandgap, como transistores de Carburo de Silicio (SiC) y especialmente Nitruro de Galio (GaN), que poseen unas características adecuadas para los objetivos deseados, tales como muy bajas pérdidas de conducción y baja energía de pérdidas durante las conmutaciones, lo que facilita el empleo de altas frecuencias de conmutación que permiten reducir sustancialmente el tamaño de los componentes de filtrado. Sin embargo, los dispositivos GaN comerciales están limitados en la actualidad a tensiones de bloqueo de 650V, lo que es incompatible con tensiones en el bus DC de 800V e inversores convencionales de 2 niveles. Una alternativa para solucionar esta limitación es el uso de topologías multinivel, que permiten manejar tensiones en el bus DC superiores a la tensión de bloqueo de los transistores empleados. En este contexto, el TFM plantea el diseño de un inversor de 3 niveles basado en la topología de condensadores flotantes (Flying Capacitor) y transistores GaN para implementar la etapa de entrada bidireccional de un cargador embarcado. Concretamente, se llevarán a cabo las siguientes tareas:

- Dimensionamiento y selección de los transistores GaN empleados. - Cálculo de pérdidas y dimensionamiento de radiadores. - Dimensionamiento y selección de condensadores. - Diseño de un filtro LCL de conexión a red. - Diseño de los reguladores de tensión en el bus DC y corrientes en la red en un marco de referencia síncrono. - Diseño de un mecanismo de balanceo de las tensiones en los condensadores flotantes. - Diseño de los circuitos de precarga del bus DC y las tensiones en los condensadores flotantes. - Validación de los diseños mediante la herramienta de simulación PSIM.

El trabajo está relacionado con los siguientes Objetivos para el Desarrollo Sostenible (ODS):

- Objetivo 7: Garantizar el acceso a una energía asequible, segura, sostenible y moderna - Objetivo 9: Construir infraestructuras resilientes, promover la industrialización sostenible y fomentar la innovación