Compensación térmica de inversores resonantes controlados por fase

Abstract

En este trabajo de fin de grado se realiza el diseño de un cargador para baterías de LiFePO4. El cargador se basa en un convertidor resonante multifase (etapa de entrada) con un rectificador doblador de corriente (etapa de salida). El control de la corriente de carga se realiza por deslizamiento de fase de las señales de mando de la sección inversora del convertidor. La ventaja de este control es que se realiza a frecuencia constante, permitiendo optimizar el diseño de los componentes magnéticos, y garantiza el modo de conmutación a tensión cero de los transistores, reduciendo las pérdidas por conmutación. Como inconveniente, el control por deslizamiento de fase produce una distribución asimétrica de las corrientes en el circuito resonante, dando lugar a un calentamiento desigual de inductores y transistores de la sección inversora. La aparición de puntos calientes en el circuito reduce la fiabilidad del circuito y acorta la vida del mismo. En este proyecto se propone un control térmico que elimina el desequilibrio de temperaturas mediante el intercambiando de las señales de mando de los transistores, aprovechando la estructura simétrica del circuito. Este intercambio se consigue introduciendo una nueva señal de control de baja frecuencia, sincronizada con las demás señales de control y sin alterar el funcionamiento ni las propiedades del circuito.

In this end-of-degree project, the design of a charger for LiFePO4 batteries is carried out. The charger is based on a multiphase resonant converter (input stage) with a current doubling rectifier (output stage). The control of the load current is carried out by phase slippage of the control signals of the inverter section of the converter. The advantage of this control is that it is carried out at a constant frequency, making it possible to optimize the design of the magnetic components, and it guarantees the switching mode at zero voltage of the transistors, reducing switching losses. As a drawback, phase slip control produces an asymmetric distribution of currents in the resonant circuit, giving rise to uneven heating of inductors and transistors in the inverter section. The appearance of hot spots in the circuit reduces the reliability of the circuit and shortens the life of the circuit. In this project, a thermal control is proposed that eliminates the temperature imbalance by exchanging the control signals of the transistors, taking advantage of the symmetrical structure of the circuit. This exchange is achieved by introducing a new low-frequency control signal, synchronized with the other control signals and without altering the operation or properties of the circuit.