Diseño de convertidores AC-DC bidireccionales aislados, utilizando la topología QUAD ACTIVE BRIDGE para sistemas de recarga DC de vehículos eléctricos

Abstract

En esta Tesis se describe el diseño, la comparación y el control de dos convertidores, el primer convertidor es el QUAD ACTIVE BRIDGE CON RECTIFICADORES, el cual consiste en un convertidor DC-AC conformado por 3 transformadores, 3 rectificadores, 4 puentes activos (3 del lado de la red eléctrica y 1 en el lado DC); cuyo flujo de corriente se controla mediante una INDUCTANCIA de alta frecuencia. El segundo convertidor es el QUAD ACTIVE BRIDGE SIN RECTIFICADORES, que es también un convertidor DC-AC, pero está conformado por 3 transformadores, un capacitor como voltaje DC u OFFSET (que se adiciona a cada voltaje de red y luego ese voltaje sumado acciona los puentes activos), 4 puentes activos que, del mismo modo regulan el flujo de corriente mediante la INDUCTANCIA HF. Con el control de la corriente se controla de forma indirecta la potencia de salida. Ambos convertidores se diseñan utilizando valores reales de los componentes, es decir parámetros utilizados en laboratorio; también se utiliza una estrategia de control muy parecida para ambos convertidores, para obtener la mejor comparación entre ellos. Se comparan los resultados obtenidos (que muestran las principales corrientes y formas de onda), entre ellos y también con circuitos ampliamente conocidos como el DAB (Dual Active Bridge) y con el modelo ideal del DAB, para así obtener mejores comparaciones y conclusiones acertadas. Ambos convertidores muestran la aplicación de los conocimientos de la electrónica de potencia, y pueden ser utilizados en la industria de los vehículos eléctricos.

This Thesis describes the design, comparison and control of two converters, the first converter is the QUAD ACTIVE BRIDGE WITH RECTIFIERS, which consists of a DC-AC converter made up of 3 transformers, 3 rectifiers, 4 active bridges (3 on the grid side and 1 on the DC side); whose current flow is controlled by a high frequency INDUCTANCE. The second converter is the QUAD ACTIVE BRIDGE WITHOUT RECTIFIERS, which is also a DC-AC converter, but is made up of 3 transformers, a capacitor as DC voltage or OFFSET (which is added to each grid voltage and then that added voltage drives the active bridges), 4 active bridges that, in the same way, regulate the current flow through HF INDUCTANCE. Controlling the current indirectly controls the output power. Both converters are designed using real values of the components, that is, parameters used in the laboratory; a very similar control strategy is also used for both converters, to obtain the best comparison between them. The results obtained (showing the main currents and waveforms) are compared among themselves and also with widely known circuits such as DAB (Dual Active Bridge) and with the ideal DAB model, in order to obtain better comparisons and accurate conclusions. Both converters show the application of power electronics knowledge, and can be used in the electric vehicle industry.