Disseny, construcció i prova d’una cel·la de commutació de 600 V

Abstract

En el present Treball de Fi de Grau s’explica el procés de disseny, construcció i prova d’una cel·la de commutació de 600 V, un dispositiu innovador en el camp dels convertidors electrònics de potència multinivell, enfocat sobretot al sector de l’automoció. El treball s’emmarca dins d’un projecte amb l’objectiu final de crear diferents convertidors de potència utilitzant un únic tipus de cel·la de commutació. A l’inici del treball es disposava del prototip d’una cel·la de commutació de 100 V, de la qual s’ha partit com a base pel nou disseny. El treball realitzat comença en aquest punt i es tracta de diferents tasques que s’han anat realitzant en el transcurs de totes les etapes del projecte. El primer objectiu és donar suport al GREP en el procés de disseny del nou prototip, ajudant en la projecció de l’esquemàtic i en la cerca i simulació de nous components. Per això, la primera tasca realitzada ha estat l’estudi i comprensió de la cel·la de commutació i les seves parts, la qual està explicada en el present treball. El segon objectiu és el de dissenyar i construir nous dispositius auxiliars necessaris per a les proves del prototip. En total s’han projectat i fabricat dues plaques de circuit imprès (PCB) que han estat usades en les proves al laboratori. Aquest punt cobreix gran part del cos del treball on s’explica la funcionalitat, esquemàtic, disseny PCB, prova i verificació de les dues plaques. El tercer objectiu, és el de donar suport al GREP en el procés de proves experimentals del prototip, participant en el muntatge i recollida de resultats, cosa que també ha servit per verificar el funcionament de les plaques auxiliars dissenyades. Finalment, com a objectiu addicional s’ha aprofundit en el circuit de processat lògic del prototip, dissenyant una alternativa que permet estalviar espai en el disseny final, així com abaratir costos de fabricació, millorar l’eficiència del prototip i tenir millor control dels senyals dins de la placa. Al finalitzar el treball, tots els objectius proposats s’han complert de manera exitosa: el disseny de la nova cel·la de commutació ha estat fabricat i provat al laboratori utilitzant les plaques auxiliars dissenyades; s’ha pogut comprovar així tant la funcionalitat del nou prototip com de les plaques auxiliars utilitzades en les proves experimentals

En el presente Trabajo de Fin de Grado se explica el proceso de diseño, construcción y prueba de una celda de conmutación de 600 V, un dispositivo innovador en el campo de los convertidores electrónicos de potencia multinivel, enfocado principalmente al sector de la automoción. El trabajo se enmarca dentro de un proyecto con el objetivo final de crear diferentes convertidores de potencia utilizando un único tipo de celda de conmutación. Al inicio del trabajo se disponía de un prototipo de celda de conmutación de 100 V, del cual se ha partido como base para el nuevo diseño. El trabajo realizado comienza en este punto y consta de diferentes tareas que se han ido realizando en el transcurso de las etapas del proyecto. El primer objetivo es dar apoyo al GREP en el proceso de diseño del nuevo prototipo, ayudando en la proyección del esquemático y en la búsqueda y simulación de nuevos componentes. Para ello, la primera tarea realizada ha sido el estudio y comprensión de la celda de conmutación y sus partes, la cual está explicada en el presente trabajo. El segundo objetivo es el de diseñar y construir nuevos dispositivos auxiliares necesarios para las pruebas del prototipo. En total se han proyectado y fabricado dos placas de circuito impreso (PCB) que han sido usadas en las pruebas en el laboratorio. Este punto cubre gran parte del cuerpo del trabajo donde se explica la funcionalidad, esquemático, diseño PCB, prueba y verificación de las dos placas. El tercer objetivo es el de dar apoyo al GREP en el proceso de pruebas experimentales del prototipo, participando en el montaje y recopilación de resultados, lo que ha servido para verificar el funcionamiento de las placas auxiliares diseñadas. Finalmente, se ha profundizado en el circuito de procesamiento lógico del prototipo, diseñando una alternativa que permite ahorrar espacio en el diseño final, así como abaratar costes de fabricación, mejorar la eficiencia del prototipo y tener mejor control de las señales dentro de la placa. Al finalizar el trabajo, todos los objetivos propuestos se han cumplido de manera exitosa: el diseño de la nueva celda de conmutación ha sido fabricado y probado en el laboratorio utilizando las placas auxiliares diseñadas; verificando así tanto la funcionalidad del nuevo prototipo como la de las placas auxiliares utilizadas en las pruebas experimentales

In this Final Degree Project, the process of designing, constructing, and testing a 600 V switching cell is explained. It is an innovative device in the field of multilevel power electronic converters, primarily focused on the automotive sector. The work is part of a project with the ultimate goal of creating different types of power convertors using only one type of switching cell. A 100 V switching cell prototype has served as the basis for the new design. The work done begins at this point and consists of different tasks that have been performed throughout the stages of the project. The first objective is to support GREP in the design process of the new prototype, assisting in schematic projection and the search and simulation of new components. Therefore, the first task has been the study and understanding of the switching cell and its parts, which is explained in this paper. The second objective is to design and build new auxiliary devices necessary for the prototype testing. A total of two printed circuit boards (PCBs) have been designed and manufactured, which have been used in the laboratory tests. This section covers a significant part of the work, explaining the functionality, schematic, PCB design, testing, and verification of the two boards. The third objective is to support GREP in the experimental testing process of the prototype, participating in the assembly and data collection, which has also served to verify the operation of the designed auxiliary boards. Finally, an in-depth study has been conducted on the logical processing circuit of the prototype, designing an alternative that allows for space savings in the final design, as well as reducing manufacturing costs, improving the prototype's efficiency, and providing better signal control within the board. This proposal has been simulated to ensure compliance with the specifications. Upon completion of the work, all proposed objectives have been successfully achieved: the design of the new switching cell has been manufactured and tested in the laboratory using the designed auxiliary boards, thereby verifying both the functionality of the new prototype and the auxiliary boards used in the experimental tests